Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование радиотехнических устройств и систем. Конспект лекций
.pdf
Задание (ТЗ)
Выбор структуры
(синтез)
Выбор параметров
Составление
математической модели
Расчет характеристик
(моделирование)
Оптимальные параметры
Оптимальность структуры
Документы
да
да
нет
нет
2.3 Организация проектирования
Головное НИИ (системы, генеральный конструктор) – отраслевые НИИ,
вузы, РАН (подсистемы, главный конструктор) – опытный завод – серийные
заводы.
Используются АСУ – автоматизированные системы управления.
Основные разработчики системы:
1. Инженер-схемотехник общего профиля
2. Радиоинженер-схемотехник
3. Радиоинженер-программист-схемотехник
4. Инженер-конструктор
5. Инженер-технолог
6. Инженер-математик
7. Инженер-плановик и экономист
Скремблер
Кодер
Перемежитель
Формирователь
сигнала
Передатчик
РПрУ
Формирователь
квадратур
Демодулятор
Декодер
Деперемежитель
Дескремблер
Устройство
синхронизации
Устройство
оценки
канала
Адаптивный
корректор
Лекция 3
Классификация и порядок проектирования радиотехнических систем
передачи информации (РСПИ)
3.1. Классификация стандартов
Радиосистемы передачи информации реализуются в соответствии со
стандартами, утверждаемыми Международным комитетом электросвязи
(МСЭ). Классификация основных действующих стандартов представлена на
рис 3.1.
Рис 3.1. Классификация основных действующих стандартов
3.2. Структурная схема РСПИ
На рис. 3.2. показана обобщенная структурная схема РСПИ
Рис. 3.2. Обобщенная структурная схема РСПИ
На схеме обозначены: скремблер, кодер помехоустойчивого
кодирования, перемежитель, необходимый для равномерного распределения
0 и 1 в данных, формирователь сигнала с требуемым видом модуляции,
передатчик и антенны, радиоприемное устройство (РПрУ), формирователь
квадрптур, демодулятор сигнала, декодер, деперемежитель, дескремблер.
Также необходимы устройство синхронизации, устройство оценки
канала и адаптивный корректор канала, производящий подстройку,
устройства обработки под канал.
3.3. Классификация устройств по назначению и требования к ним
Основными признаками классификации РСПИ являются:
1. Диапазон используемых частот
2. Способ представления и передачи сообщения
3. Вид модуляции
4. Число каналов и способ разделения каналов
5. Режим совместной работы (ЭМС)
6. Место установки (наземные, подвижные и т.д.)
7. Назначение
В РСПИ используется практически весь диапазон радиоволн: волны
длиной от километров до миллиметров. Наибольшее распространение
находят волны от 1 мм до 3 м.
Особенностью волн декаметрового диапазона является
распространение их на большие расстояния (тысячи км) за счет отражения от
ионосферы. В настоящее время интерес к использованию в РСПИ этого
диапазона возрастает.
В зависимости от вида сообщения и способа его передачи РСПИ
делятся на аналоговые и цифровые. Для повышения помехозащищенности
непрерывные сообщения, как правило, преобразуются и передаются в
цифровой форме. Например, ведется разработка цифровых систем
радиовещания и телевидения.
В РСПИ применяются различные виды модуляции и манипуляции
несущего колебания: амплитудная, частотная, фазовая и относительная
фазовая (непрерывные и импульсные), а также КАМ, OFDM и т.д.
Как правило, одна радиосистема используется для передачи
информации от нескольких источников сообщений к ряду получателей (в
современной терминологии «точка-многоточка»).
Классификация РСПИ по назначению
Сотовые
Транкинговые
Mesh-сети
Спутниковые
Рис. 3.3. Классификация РСПИ по назначению
Требования к устройствам обработки сигнала РСПИ:
1. Реализация алгоритмов обработки сигнала, близкого к оптимальному
2. Реализация на современной элементной базе, высокие требования к
быстродействию
3. Стоимость линии
4. Надежность
5. Конструктивные требования и технологии
6. Условия эксплуатации
3.4. Характеристики эффективности РСПИ [ 6 ]
Скорость передачи информации:
,
где – длительность посылки
Достоверность -
– СКО (среднеквадратическое отклонение)
Эффективность системы связи: удельные критерии затрат,
энергетическая эффективность, удельные энергетические затраты на 1 бит.
, где – энергия сигнала на входе
Удельные затраты полосы:
Спектральная эффективность (бит/с/Гц).
3.5. Особенности и порядок проектирования РСПИ [ 5 ]
Основные требования – надежность. Также один из показателей –
готовность (% времени, за который система обеспечивает минимальное
качество обслуживания). Качество цифровых систем - на бит (например,
для ИКМ требуется 10
-4
для разборчивости речи).
Готовность = f (надежность и состояние канала). Отсюда требования к
резервированию и учет многолучевости.
Запас на замирания – за счет резерва мощности (50 дБ на 11 ГГЦ и 40
дБ меньше 10 ГГц).
Коэффициент системы
Порядок проектирования
1. Назначение, место установки
2. Выбор стандарта и структуры сети («точка-многоточка», сотовая,
транкинговая, mesh-сеть, LTE)
3. Выбор сигналов и метода модуляции
4. Выбор диапазона
5. Выбор структурной схемы РСПИ
6. Выбор модели канала и его расчет
7. Расчет параметров системы с учетом спектральной маски, расчет
спектральной и энергетической эффективности ( ), расчет
энергетики
8. Проектирование устройств РСПИ (приемник, передатчик, кодер,
декодер, формирователь сигнала, демодулятор, фильтры, устройство
синхронизации, синтезатор частот)
9. Выбор элементной базы и реализация устройства
Методы структурно-параметрического синтеза, идентификации и управления
сетями
1. Методы и алгоритмы поиска топологии транспортных сетей
2. Модели и методы оптимизации скорости передачи
3. Использование функций преобразования для реализации обработки
информации
4. Совместное использование системно-автоматизированного контроля и
адаптивного управления сетью
5. Оптимизация сетевых ресурсов
6. Синтез транспортных сетей по критерию максимальной
Антенна
СВЧ
блок
РПрУ
Обнаружитель
Устройство
СДЦ
Оценка
координат
Оценка
траектории
Дисплей
Синтезатор
частот
Формирователь
сигнала
РПрУ
УВО
производительности
Лекция 4
РЛС извлечения информации. Порядок проектирования и оценка
эффективности
Радиолокационные системы производят обнаружение сигналов,
измерение координат объектов, разрешение объектов и их классификацию.
РЛС различаются по назначению, используемому диапазону, типу излучения,
числу измеряемых координат и местоположению [1]. Обобщенная
структурная схема РЛС представлена на рис.4.1.
4.1. Структурная схема РЛС
Рис.4.1. Схема РЛС
На схеме обозначены следующие блоки:
Антенна – антенная решетка или зеркальная антенна
СВЧ блок – переключает прием и передачу, а также формирует диаграмму
направленности антенной решетки
Синтезатор – вырабатывает основные тактовые частоты и опорные колебания
Формирователь сигнала
РПдУ – высокочастотные каскады и усилитель мощности радиопередатчика
РПрУ – высокочастотные линейные каскады радиоприемника
Обнаружитель – производит операцию накопления сигнала и сравнение с
порогом для принятия решения о наличии сигнала.
Устройство СДЦ выделяет сигнал на фоне пассивной помехи.
Оценка параметров – вычислитель координат объектов.
Обнаружитель, устройство СДЦ и вычислитель координат образуют
устройство первичной обработки.
Оценка траекторий – вычисляет траектории объектов.
На дисплее отображаются данные об объектах и их траектории.
Оценка траектории и дисплей производят вторичную обработку (УВО –
устройство вторичной обработки).
4.2. Порядок проектирования [ 9, 10, 11 ]
Первый этап - анализ технического задания на проект. Задание
включает назначение, место установки, зону действия, период обзора,
разрешение по координатам, данные об объекте, точность измерения
координат, дальность в режиме СДЦ и др. Следующий этап - расчет и выбор
основных параметров и расчет энергетики системы. Следующий этап -
составление структурной схемы. Затем этап выбора функциональных схем
устройств в соответствии со структурной схемой, выбор элементной базы и
составление схем и программ. Материалы по этим этапам содержатся в
пособиях [2, 3]. К современной элементной базе следует отнести аналоговые
микросхемы, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи,
программируемые логические схемы и цифровые сигнальные процессоры.
4.3.Оценки эффективности РЛС
В основном используются два критерия. Первый соответствует
минимуму произведения мощности передатчика на площадь раскрыва
антенны
P
SA = R 4max (4π)2 Pc Lп / G
пер
где R
–максимальная дальность, Pc – пороговая мощность сигнала на
max
пер
σ
.
входе приемника, Lп –коэффициент потерь, σ - ЭПР объекта, λ -длина
волны РЛС, G
–усиление передающей антенны
пер
Второй критерий заключается в минимизации времени обзора
в заданном объеме просматриваемого пространства при заданных
вероятностях правильного обнаружения и ложной тревоги по критерию
Вальда. Оба критерия применяются при ограничении по стоимости.
Лекция 5
Проектирование РТС с учетом электромагнитной совместимости
5.1. Проблема электромагнитной совместимости и виды помех
Проблема ЭМС существует с 30 годов прошлого века. Под ЭМС
понимается возможность совместной работы радиосредств при допустимом
уровне взаимных помех. Количество радиосредств ныне так велико, что
имеющиеся диапазоны частот используются на вторичной основе. На рис.
5.1. представлены источники электромагнитных помех, которые могут быть
разделены на непреднамеренные и преднамеренные. К непреднамеренным
помехам относятся также помехи от линий электропередачи, грозовые
непреднамеренные
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОМЕХ
РЛС
РНС
Спутниковые
системы
связи
Системы
беспроводной
связи
преднамеренные
узкополосные
шумовые импульсные
иммитацио
нные
широкополосные
1
2 2
3
34
4
5
4
5
66
f
f
0
2f
0
3f
0
разряды и др. [ 13 ].
Рис.5.1. Классификация электромагнитных помех
При излучении антенны передатчика РТС, кроме основного на несущей
частоте при полосе частот, определяемым типом модуляции, возникают
побочные излучения, создающие помехи другим радиосредствам. На рис. 5.2.
показан спектр излучений передатчика. Он включает: основное излучение 1;
нежелательные излучения 2; паразитные излучения 3; комбинационные
излучения 4; излучения на гармониках 5; излучения на субгармониках 6.
Рис.5.2. Спектр излечения передатчика
Излучения на гармониках это побочные излучения на частотах в целое
число раз больше частоты основного радиоизлучения. Субгармоники
передатчика являются гармониками синтезатора частоты передатчика.
На входе приемника могут формироваться интерференционные
составляющие при работе нескольких радиосредств в одной полосе частот.
Для различных радиосистем имеются ГОСТы, определяющие спектр
излученного сигнала и внеполосные излучения (спектральная маска). Пример
маски показан на рис.5.3 [ 12 ].
2 4 6 8 10 12 ГГц
дБм/МГц
-50
-40
-70
-60
-90
-80
-100
Р
пер меш
ИС
Р
пер
Канал 1
ИП
Канал 2
РПрУ
Демодулятор
Рис.5.3. Спектральная маска СШП систем в Европе
5.2. Критерии электромагнитной совместимости (ЭМС) [ 15 ]
Два типа критериев:
- связанные с РПрУ
- связанные с качеством работы системы
Типы помех: по основным и побочным каналам приема,
интермодуляционные помехи, имитационные помехи (сходные с сигналом,
могут создаваться специально).
Рис. 5.4. Структурная схема взаимодействия сигнала и помехи
Первый критерий ЭМС: ограничение помехи на входе приемного устройства
Второй критерий ЭМС: критерий защитного интервала:
Третий критерий ЭМС: коэффициент сохранения качества
функционирования. Как правило, качество функционирования оценивается
вероятностью битовой ошибки. При этом вычисляется отношение
и сравнивается с требуемым.
5.3. Энергетический критерий ЭМС
система
устройства
блоки
элементная база
интерпретация
формализация
Реальный объект
модель
ГОСТ 23011-79
Лекция 6.
Моделирование РТС и РТУ
6.1. Основные понятия и определение моделирования РТС
Одним из основных методов проектирования РТС является
математическое моделирование. На основе полученных алгоритмов
устройств разрабатываются их модели и путем моделирования определяются
оптимальные параметры и характеристики. В основе лежит метод подобия.
Моделирование иногда является единственным способом исследования.
Недостатки моделирования:
1. Приближенность
2. Моделирование дает частный результат
Основные формы описания динамических систем:
- уравнение состояния
- передаточные функции для линейных систем
- структурные и функциональные схемы в виде графо-аналитического
представления
Три этапа моделирования (проект):
- формализация
- моделирование
- интерпретация результатов
Рис. 6.1. Моделирование
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]