Общие сведения о РПрУ в системах МС

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики   ^(МТУСИ)

^{Кафедра радиооборудования и схемотехники}

 

Задания на курсовой проект
и методические указания по его выполнению
по дисциплине

 

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
(1.2. 1 6)

для студентов – заочников 4 курса

(направление 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

(профиль – Системы мобильной связи)

 

 

 

                                                               Москва 2015

 

 

План УМД 2014/2015 уч. г

 

 

Задания на курсовой проект
и методические указания по его выполнению
по дисциплине

 

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ

МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

 

Составитель:

В.В. Логвинов, канд. техн. наук, доцент

 

 

Даются методические указания по изучению дисциплины «Радиоприемные устройства систем мобильной связи», сообщается содержание лекций, лабораторных и практических занятий, приводятся варианты заданий на курсовое проектирование и методические рекомендации по его выполнению.

 

 

Рис. 6, лит. 12 назв., табл. 6.

 

 

Утверждено на заседании кафедры «17» ноября 2015 г., протокол № 3.

 

Рецензент: С.П. Простов, кандидат технических наук, доцент

 

 

                                           ВВЕДЕНИЕ

   Учебным планом заочного факультета для направления 110203 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» профиль «Системы мобильной связи» на пятом курсе предусмотрено лекций в объеме 10 час., лабораторного практикума 6 час., практических занятий 10 час.; студенты выполняют и защищают курсовой проект, сдают зачет по лабораторному практикуму и итоговый экзамен.

Для успешного изучения курса требуются знания теории электрических цепей, физических основ электроники, схемотехники аналоговых и цифровых устройств и цифровой обработки сигналов.

 

                                      СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

           

           Основная литература

 

1. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н.Фомина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.-520 с.

 2. Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи/ Пер. с польск. И.Д. Рудинского; Под 

  ред. А.И. Ледовского. – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 536 с.

3. Логвинов В.В., Матвеева О.В. / Конспект лекций по дисциплине «Устройства

приема и обработки радиосигналов в системах подвижной радиосвязи». - М.: МТУСИ,

2010. – 107 с.

4. Фриск В. В., Логвинов В. В Теория электрических цепей, схемотехника

телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной  

связи, радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа.Лабораторный

практикум – III. На персональном компьютере. — М.: СОЛОН-Пресс, 2015. — 480 с.

5. Логвинов В.В., Фриск В.В.Схемотехника телекоммуникационных устройств,

 радиоприемные устройства систем мобильной и стационарной радиосвязи, теория электрических цепей. Лабораторный практикум – II на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. – 656 с.

6. Скрынников В.Г. Радиоподсистемы UMTS/LTE.  Теория и практика – М.: Спорт и культура – 2000, 2012. - 864 с.

 

     Дополнительная литература

 

1. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. – М.: Высшая школа, 1997. –

342 с.

2. Радиосвязь/ О.В. Головин, Н.И.Чистяков, В.Шварц, А.И Хардон; Под ред. проф.   

О.В.Головина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2013. - 286 с.

3. Коротков А.С. Устройства приема и обработки сигналов. Микроэлектронные

высокочастотные устройства радиоприемников систем связи: учеб. пособие

/А.С.Коротков. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. – 223 с.

4. 3GPP TS25.101 V9.2.0 3 rd Generation Partnership Project: Technical Specification Group

Radio Access Network; User Equipment radio transmission and reception (TDD) (Release

9), 2010-03.

5. 3GPP TS 25.102 V9.2.0 3 rd Generation Partnership Project: Technical Specification Group

Radio Access Network; User Equipment (UE) radio transmission and reception (TDD)

(Release 9), 2010-03.

6.   Перельман Б.Л., Шевелёв В.В. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги.

Справочник. – М.: НТЦ Микротех, 1998.

 7.Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра:

Пер. с англ./Под ред. В.И. Журавлева. – М.: Радио и связь, 2000. – 520 с.

 8. Тихвинский В.О. Управление и качество услуг в сетях GPSR/UMTS /В.О.Тихвинский,  

С.В. Терентьев - М.: Эко-Трендз, 2007- 400 с.

9. 3GPP TS 26.071 V3.0.1 Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Mandatory

   Speech Codec speech processing functions AMR Speech Codec; General Description (3GPP 

TS 26.071 version 3.0.1 Release 1999)

10. Фриск В.В., Логвинов В.В. Теория электрических цепей, Схемотехника 

телекоммуникационных устройств, Радиоприемные устройства систем мобильной

связи, Радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа. Лабораторный

практикум – III на персональном компьютере. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2016. – 480 с.

11. Дингес С.И. Схемотехника РЧ блоков систем связи с подвижными объектами: Учебное пособие / С.И.Дигнес - М.: МТУСИ. - 2005. - 32 с.

 

              МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСУ

Преобразователи частоты

      

   Среди различного типа преобразователей (умножителей, делителей, квадраторов и др.) в РПрУ нашли широкое применение преобразователи частоты, назначение которых – перенос спектра принятого (аналогового) сигнала в новую частотную область с сохранением параметров модуляции. В частном случае приемников прямого преобразования осуществляется перенос принятого сигнала с частотой несущей f_c (центральной частотой) из области радиочастот на нулевую частоту (постоянную составляющую).

  Перенос спектра из одной частотной области в другую может осуществляться только с применением нелинейного элемента или компонента, параметр которого (например, проводимость) периодически изменяется.

Необходимо усвоить предпосылки и ограничения при описании свойств ПрЧ на основе линейной теории, справедливой лишь при малом уровне входного сигнала, что в общем соответствует реальным условиям эксплуатации. Признаком линейности ПрЧ является отсутствие в спектре его выходного тока гармоник частоты входного сигнала (и промежуточной частоты).

  Кроме полезного эффекта преобразования, включение ПрЧ в структуру радиотракта приводит к появлению побочных каналов преобразования. К ним относятся такие мешающие воздействия на входе ПрЧ, которые после перемножения в смесителе с гармониками напряжения гетеродина (в том числе с постоянной составляющей) формируют комбинационные составляющие, попадающие в полосу пропускания фильтра в тракте промежуточной частоты.

Наиболее опасным является зеркальный канал, расположенный на оси частот симметрично по отношению к частоте гетеродина. Борьба с побочными каналами преобразования проводится в преселекторе выбором параметров фильтров, обеспечивающих требуемое подавление ЗК.

  Это же относится и к каналу прямого прохождения – помехи с частотой f _пр, которая при попадании на вход смесителя, усиливается в нем (при реализации ПрЧ на транзисторах) и преобразуется. В режиме усиления в выходном токе смесителя составляющая канала прямого прохождения оказывается самой мощной по сравнению с комбинационными составляющими, являющимися продуктами преобразования. Отсюда следует, что при проектировании приемника необходимо выбирать f _пр в области частот, где нет работающих радиопередатчиков и принимать меры к подавлению такого канала до смесителя.

Выбор промежуточной частоты, когда существует такая возможность, является важной задачей, поскольку ее увеличение упрощает подавление ЗК, но при этом усложняется задача подавления СК. Поэтому при высоких требованиях на подавление побочных каналов преобразования и приема это решается применением двух или трехкратного преобразования частоты входного сигнала: в преселекторе (при высокой первой промежуточной частоте) легко реализуется подавление ЗК, а низкая вторая промежуточная упрощает фильтрацию СК и уменьшает число усилительных каскадов в радиотракте. 

В мобильных системах приемники выполняются с неперестраиваемым преселектором, обладающем большой шириной полосы пропускания, по сравнению с полосой, выделяемой одному абоненту в полосе основных частот (Base Band). Полоса частот, выделяемая системе, сохраняется и после первого преобразования, а в системах широкополосного доступа - до выхода демодулятора. Поэтому для устранения опасности попадания на вход второго преобразователя, кроме полезного продукта преобразования, комбинационных составляющих, являющихся для него частотами побочных каналов преобразования (по второй промежуточной частоте), применяют номограммы. По номограммам находят область возможных значений промежуточной частоты, где отсутствуют такие каналы.

Следует изучить схемы и принципы работы и особенности ПрЧ на транзисторах; отметить преимущества ПТ, позволяющего уменьшить число побочных каналов преобразования и продуктов преобразования в выходном токе ПрЧ.

Активное использование диодных преобразователей в диапазоне СВЧ обусловлено малым уровнем собственных шумов диодов и малым значением емкости p - n перехода и, одновременно, увеличивает динамический диапазон ПрЧ и радиотракта в целом. Использование балансных схем ПрЧ снижает уровень шумов гетеродина и уменьшить число составляющих продуктов преобразования.

Широкое распространение в приемниках СМС получили преобразователи на основе диффренциальных транзисторных пар. Построенные на базе БТ и в последнее время балансные смесители, реализованные по схеме ячейки Гильберта, на МОП транзисторах успешно применяются на частотах до 30-40 ГГц. Необходимо изучить принцип действия и структуру таких преобразователей.

                [1: с.131-169, 3: с.58-69, 4: с.81-109, 6: с.92-116, 7: с. 499-510]

 

           Вопросы для самопроверки

1. Каков принцип построения преобразователей частоты?

2. Поясните назначение гетеродина в преобразователях частоты?

3. Что такое крутизна преобразования?

4. Каковы условия линейного по сигналу преобразования частоты и к чему

приводит нелинейность ПрЧ по сигналу?

5. Что понимается под частотной характеристикой ПрЧ?

6. Поясните принцип балансного преобразователя частоты. Каковы преимущества

балансных (кольцевых) ПрЧ?

7. Поясните принципы построения универсальных аналоговых перемножителей

сигналов; покажите преимущества управляемых напряжением

дифференциальных делителей тока.

 

         6. Детекторы радиосигналов

         

    На выходе линейного тракта (радиотракта) включается детектор (обнаружитель), являющийся преобразователем частоты, формирующим спектр сигнала основной полосы (действующего на входе модулятора передатчика). В аналоговых системах основой такого преобразователя является амплитудный детектор.

   Амплитудный детектор (АД) предназначен для детектирования амплитудно-модулированных (АМ) колебаний. Для оценки его эффективности введены технические показатели, которые свойственны и другим типам детекторов: характеристика детектирования, коэффициент передачи, коэффициент линейных и нелинейных искажений, входное и выходное сопротивления и др.

Изучите работу детектора с точки зрения временного и спектрального описания процессов формирования огибающей входного сигнала. Сравните по построению и показателям схемы последовательного и параллельного АД. Изучите причины возникновения нелинейных искажений в АД и способы их уменьшения.

Детекторы аналоговых сигналов с угловой модуляцией предназначены для преобразования изменения мгновенной частоты или фазы входного напряжения в изменение амплитуды или тока на его выходе сравнением этих показателей с опорным напряжением. В фазовом детекторе выходное напряжение пропорционально разности фаз опорного генератора и принятого сигнала, а в частотном - частот.

  Для снижения искажений, возникающих в детекторах сигналов с угловой модуляцией, обусловленных амплитудно-фазовой конверсией, на их входе включают амплитудный ограничитель, устраняющий паразитную АМ. Необходимо ознакомиться со схемными решениями и уметь объяснять принципами работы таких устройств.

  В аналоговых системах мобильной связи (NMT, AMPS) и в цифровых системах второго поколения применялась частотная манипуляция (FSK) и ее разновидности с последующей обработкой сигнала в приемнике с помощью частотных дискриминаторов. При некогерентной обработке сигнала в сверхширокополосной системе UWB может применяться детектор огибающей.

  Для повышения помехозащищенности системы и увеличения скорости передачи в цифровых системах связи применяются специально разработанные виды манипуляции частотной и фазовой. В системах второго поколения могут применяться как некогерентные, так и когерентные (синхронные) демодуляторы. Последние, требующие для детектирования принимаемого сигнала точного значения его фазы, обеспечивают меньшую вероятность ошибки, но более сложны в реализации.

В системах широкополосного доступа и сотовых системах 3-го и 4-го поколений преобразование сигнала с  последней промежуточной частоты в область низких частот проводится с применением I/Q демодуляторов. Квадратурные I/Q демодуляторы, обладающие симметричной структурой, формируют на своих выходах две ортогональные импульсные последовательности комплексной огибающей (синфазную и квадратурную). После их суммирования и принятия в пороговом устройстве решения о принятом логическом нуле или единице в АЦП формируется цифровая последовательность, которая обрабатывается одним из методов оптимального декодирования (обычно Витерби). Только после обработки пакета импульсной последовательности принимается о значении принятого символа: логический нуль или единица.

[1: c. 170-227; 2: c. 305-309, 3: c. 72-84; 4: c. 122-158; 7: c.499-211, 646-654;

 8: c.417-429, 506-522 ]

 

                         Вопросы для самопроверки            

1. Что такое детекторная характеристика АД? Как оно зависит от сопротивления нагрузки и почему?

2. Объясните принцип действия диодного АД с временной и спектральной точек зрения.

3. Как определяется, чему равен и от каких параметров зависит коэффициент передачи диодного АД с линейно – ломаной ВАХ без начального смещения?

4. Поясните принцип действия синхронного АД.

5. Объясните назначение АО при детектировании сигналов с угловой модуляцией.

6. Поясните принцип действия ЧД с кварцевым резонатором.

7. Изобразите структурную схему и поясните принцип действия I/Q демодуляторов.

8. Поясните принцип формирования выходного напряжения при приеме сигналов с двухуровневой модуляцией.

 

             7. Ручные и автоматические регулировки в радиоприемнике

     

   Регулировкам в приемнике могут подвергаться все параметры сигнала: амплитуда, частота и фаза. По способам регулирования различают: ручные, автоматические и дистанционные регулировки. Регулировки применяются в трактах радиочастоты (высокой частоты), промежуточной частоты, последетекторной части и тракте синтеза частот. Ручные, чаще всего это технологические регулировки, применяются на этапе настройки аппаратуры для обеспечения выбранного (оптимального по каким-либо параметрам) режима, а автоматические – поддерживающие этот режим. В некоторых случаях трудно отказаться от ручных регуляторов, например, регуляторы тембра, полосы пропускания в студийной аппаратуре.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) один из наиболее эффективных способов поддержания постоянства усиления радиотракта, особенно в СМС, когда сигнал в радиоканале подвергается изменениям из-за многолучевости распространения, замираний, перемещения одного из абонентов и других факторов.

Разберите наиболее применяемые способы регулирования усиления. В системах сотовой связи подобную функцию выполняет система управления уровнем принимаемого сигнала (RSSI, Receive Signal Strength Indicator), совмещая ее с управлением хендовером.

Дистанционное регулирование усиления осуществляется с применением электромеханических либо электронных устройств.

      [1: c. 233-253, 289-293; 3: c. 84-90; 4:c.158-209; 7:c.575-585]

           

          Вопросы для самопроверки

1. Какие способы регулировки усиления резонансного усилителя Вы знаете?
2. Каким образом осуществляется режимная регулировка коэффициента усиления усилителя и каковы её преимущества и недостатки?
3. Изобразите схему и объясните возможные способы изменения коэффициента усиления дифференциального каскада.
4. Поясните, какие способы регулирования усиления применяются в ИМС К174ХА2?
5. Что общего между ЧАПЧ и ФАПЧ и чем отличаются эти системы друг от друга?
6. Нарисуйте функциональные схемы различных видов схем авто­матической подстройки частоты (АПЧ). Поясните принцип их работы.

 

ВЫБОР ВАРИАНТА ЗАДАНИЯ

 

Задания на курсовое проектирование составлены по многовариантной системе. Вариант задания выбирается по двум последним цифрам номера зачётной книжки студента. Предпоследняя цифра определяет диапазон приемника: если цифра нечётная, следует использовать данные табл. I, чётная – табл. II. По последней цифре номера зачётной книжки определяются технические параметры приёмника, которые должны быть обеспечены при проектировании. Конкретный вариант структурной схемы приёмника, а также её реализация выбирается произвольно, по желанию студента. При разработке принципиальной схемы можно использовать как рекомендации данного пособия по применению микросхем, так и другую элементную базу, пригодную для проектирования приёмника стандарта UMTS, соответствующего заданию диапазона.

 

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ

Выполненный курсовой проект оформляется в виде расчетно-пояснительной записки в напечатанном или рукописном виде на стандартном листе формата А4 в сброшурованном виде, которая должна содержать:

1) техническое задание на проект;

2) обоснование и расчёт структурной схемы приёмника;

3) архитектуру приемной части терминала с учетом характеристик ИС, применяемых для ее реализации;

4) справочные данные, структурную схему, а так же типовое включение, используемых ИС;

5) перечень использованных источников информации.

 

 

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики   ^(МТУСИ)

^{Кафедра радиооборудования и схемотехники}

 

Задания на курсовой проект
и методические указания по его выполнению
по дисциплине

 

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
(1.2. 1 6)

для студентов – заочников 4 курса

(направление 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

(профиль – Системы мобильной связи)

 

 

 

                                                               Москва 2015

 

 

План УМД 2014/2015 уч. г

 

 

Задания на курсовой проект
и методические указания по его выполнению
по дисциплине

 

РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ

МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

 

Составитель:

В.В. Логвинов, канд. техн. наук, доцент

 

 

Даются методические указания по изучению дисциплины «Радиоприемные устройства систем мобильной связи», сообщается содержание лекций, лабораторных и практических занятий, приводятся варианты заданий на курсовое проектирование и методические рекомендации по его выполнению.

 

 

Рис. 6, лит. 12 назв., табл. 6.

 

 

Утверждено на заседании кафедры «17» ноября 2015 г., протокол № 3.

 

Рецензент: С.П. Простов, кандидат технических наук, доцент

 

 

                                           ВВЕДЕНИЕ

   Учебным планом заочного факультета для направления 110203 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» профиль «Системы мобильной связи» на пятом курсе предусмотрено лекций в объеме 10 час., лабораторного практикума 6 час., практических занятий 10 час.; студенты выполняют и защищают курсовой проект, сдают зачет по лабораторному практикуму и итоговый экзамен.

Для успешного изучения курса требуются знания теории электрических цепей, физических основ электроники, схемотехники аналоговых и цифровых устройств и цифровой обработки сигналов.

 

                                      СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

           

           Основная литература

 

1. Радиоприемные устройства: Учебник для вузов / Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др.; Под ред. Н.Н.Фомина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.-520 с.

 2. Весоловский К. Системы подвижной радиосвязи/ Пер. с польск. И.Д. Рудинского; Под 

  ред. А.И. Ледовского. – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 536 с.

3. Логвинов В.В., Матвеева О.В. / Конспект лекций по дисциплине «Устройства

приема и обработки радиосигналов в системах подвижной радиосвязи». - М.: МТУСИ,

2010. – 107 с.

4. Фриск В. В., Логвинов В. В Теория электрических цепей, схемотехника

телекоммуникационных устройств, радиоприемные устройства систем мобильной  

связи, радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа.Лабораторный

практикум – III. На персональном компьютере. — М.: СОЛОН-Пресс, 2015. — 480 с.

5. Логвинов В.В., Фриск В.В.Схемотехника телекоммуникационных устройств,

 радиоприемные устройства систем мобильной и стационарной радиосвязи, теория электрических цепей. Лабораторный практикум – II на персональном компьютере. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. – 656 с.

6. Скрынников В.Г. Радиоподсистемы UMTS/LTE.  Теория и практика – М.: Спорт и культура – 2000, 2012. - 864 с.

 

     Дополнительная литература

 

1. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. – М.: Высшая школа, 1997. –

342 с.

2. Радиосвязь/ О.В. Головин, Н.И.Чистяков, В.Шварц, А.И Хардон; Под ред. проф.   

О.В.Головина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2013. - 286 с.

3. Коротков А.С. Устройства приема и обработки сигналов. Микроэлектронные

высокочастотные устройства радиоприемников систем связи: учеб. пособие

/А.С.Коротков. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. – 223 с.

4. 3GPP TS25.101 V9.2.0 3 rd Generation Partnership Project: Technical Specification Group

Radio Access Network; User Equipment radio transmission and reception (TDD) (Release

9), 2010-03.

5. 3GPP TS 25.102 V9.2.0 3 rd Generation Partnership Project: Technical Specification Group

Radio Access Network; User Equipment (UE) radio transmission and reception (TDD)

(Release 9), 2010-03.

6.   Перельман Б.Л., Шевелёв В.В. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги.

Справочник. – М.: НТЦ Микротех, 1998.

 7.Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра:

Пер. с англ./Под ред. В.И. Журавлева. – М.: Радио и связь, 2000. – 520 с.

 8. Тихвинский В.О. Управление и качество услуг в сетях GPSR/UMTS /В.О.Тихвинский,  

С.В. Терентьев - М.: Эко-Трендз, 2007- 400 с.

9. 3GPP TS 26.071 V3.0.1 Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Mandatory

   Speech Codec speech processing functions AMR Speech Codec; General Description (3GPP 

TS 26.071 version 3.0.1 Release 1999)

10. Фриск В.В., Логвинов В.В. Теория электрических цепей, Схемотехника 

телекоммуникационных устройств, Радиоприемные устройства систем мобильной

связи, Радиоприемные устройства систем радиосвязи и радиодоступа. Лабораторный

практикум – III на персональном компьютере. - М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2016. – 480 с.

11. Дингес С.И. Схемотехника РЧ блоков систем связи с подвижными объектами: Учебное пособие / С.И.Дигнес - М.: МТУСИ. - 2005. - 32 с.

 

              МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСУ

Общие сведения о РПрУ в системах МС

Системы радиосвязи, обнаружения и противодействия отбору информации: аналоговые и цифровые, мобильные и фиксированные системы связи; место радиоприемных устройств в системах мобильной связи (СМС) и общие требования, предъявляемые к ним. Способы организации дуплексной связи в системах, предназначенных для передачи информации, их особенности. Классификация радиоприемных устройств по назначению, диапазонам частот, организации многостанционного доступа, видам модуляции и особенностям управления. Следует обратить внимание на проблемы: организации передачи цифрового сигнала в канале, обладающем ограниченной полосой пропускания, достижения скорости передачи сигналов, близким к предельным, при заданной вероятности ошибки, способов построения сетей МС, обеспечивающих эстафетную передачу абонента при переходе в соседнюю зону или зону обслуживания другого оператора. Показать возможные способы решения перечисленных задач и степень влияния на эффективность системы выбранных видов модуляции и способов обработки сигнала на приемной стороне (согласованная фильтрация, оптимальный прием, корреляционная обработка сигналов).

Структурные схемы приемников: прямого усиления, прямого преобразования, супергетеродинного. Их достоинства и недостатки.

     

 

[1, c. 15-17, c. 25-28; 2: c. 12-15; 3: с.5-7; 4: c. 5-10; 5: с.141-163 6: c.9-18]

 

 Вопросы для самопроверки

 

1. Какие виды сигналов используются для передачи информации в СMС?

2. Какие виды модуляции используются в СМС?

3. Каков функциональный состав радиоприёмного устройства?

4. Начертите и поясните структурную схему радиоприёмника прямого усиления. Его преимущества и недостатки.

5. Начертите и поясните структурную схему супергетеродинного приёмника. Его преимущества и недостатки.

6. В чем различие режимов FDD и TDD?

7. Что такое дуплексное разнесение?

8. Объясните отличие систем CDMA, TDMA, FDMA

9. Начертите и поясните структурную схему приёмника прямого преобразования (гомодинный приёмник). Его преимущества и недостатки

 

      2. Основные технические показатели РПрУ

                   в системах мобильной связи

 

   К основным показателям РПрУ относят: чувствительность, избирательность (селективность), полоса пропускания, шумовые параметры (коэффициент шума и шумовая температура), показатели электромагнитной совместимости, стабильность параметров, надёжность, ремонтопри­годность.

Чувствительность РПрУ – это мера способности радио­приёмника обеспечивать приём слабых радиосигналов. Различают чув­ствительность, ограниченную усилением; чувствительность, ограни­ченную шумами, и пороговую чувствительность радиоприёмника. Чувст­вительностью радиоприёмника, ограниченной усилением, называется чувствительность, определяемая минимальным уровнем радиосигнала на его входе, необходимым для получения заданного уровня сигнала на выходе приёмника. Чувствительность радиоприёмника, ограничен­ная шумами, определяется минимальным уровнем радиосигнала на его входе при заданном отношении уровней полезного сигнала и шума, и заданном уровне полезного сигнала на выходе радиоприёмника. По­роговая чувствительность определяется минимальным уровнем радио­сигнала на входе радиоприёмника при равных уровнях полезного сиг­нала и шума на его выходе. В диапазонах длинных, средних и корот­ких волн в реальных условиях чувствительность радиоприёмных уст­ройств ограничивается в основном различными видами индустриальных и атмосферных помех, а в диапазоне СВЧ, характерном для систем подвижной связи, – собственными шумами радиоприёмника

  Важно усвоить, что радиотракт приемника вне зависимости от его архитектуры обладает свойством линейности к входному сигналу, т.е. не создает новые спектральные составляющие. Даже в преобразователе частоты, детекторе (демодуляторе) осуществляемый перенос спектра в новую частотную область не создает частот кратных входному воздействию. Вследствие этого коэффициент усиления радиотракта находится как произведение коэффициентов передачи отдельных каскадов. С учетом этого шумы, создаваемые в первых каскадах приемника, оказывают наибольшее влияние на результирующий коэффициент шума приемника и поэтому они должны обладать минимальным коэффициентом шума.

  Такой показатель приемника как избирательность – способность приемника отделять полезный сигнал от мешающих, может рассматриваться как: частотная, пространственная, временнáя и др. Чаще всего используемая частотная фильтрация помех (частотная избирательность) может характеризоваться односигнальной или многосигнальной избирательностью.

Односигнальная избирательность определяется АЧХ фильтров радиотракта приемника без учета нелинейных явлений при действии на входе одного сигнала (либо полезного, либо мешающего) Как известно, АЧХ устройства представляет собой зависимость его коэффициента передачи от частоты. Очевидно, АЧХ радиотракта определяется его резонансными цепями и имеет колоколообразный вид. При этом интерес представляет характер изменения коэффициента передачи (в данном случае коэффициента усиления) от частоты, а не значения резонансного коэффициента усиления . Численно односигнальная избирательность оценивается как отношение коэффициента усиления радиотракта на резонансной частоте  к коэффициенту усиления на частоте помехи . 

Наибольшее влияние на точность восстановления принятого сигнала (вероятность ошибки) в приемниках супергетеродинного типа оказывают селективность по зеркальному каналу (Se _зк) и каналу прямого прохождения (Se _пр). Избирательность по соседнему каналу (Se _ск), присуща всем типам приемников и, определяется мешающим воздействием соседнего по частоте радиопередатчика.

В реальной ситуации на входе приемника, особенно в системах мобильной связи, построенных по сотовому принципу, действует одновременно много сигналов. При этом помехи в полосе рабочих частот, могут обладать существенно большей мощностью, чем полезный сигнал. Это приводит к взаимодействию полезного сигнала с продуктами нелинейности помехи (или нескольких узкополосных помех) и формированию в полосе принимаемого сигнала комбинационных составляющих. Результатом такого воздействия, является резкое возрастание нелинейных искажений, обусловленное интермодуляцией, перекрестной модуляцией и даже прекращение приема, вызванное блокированием радиотракта. Искажения подобного типа оцениваются многосигнальной избирательностью.

Радиотракт приемника, являющийся аналоговой частью его архитектуры, должен обладать высокой линейностью амплитудной характеристики и постоянством амплитудно-частотной характеристики в полосе рабочих частот. Для снижения уровня интермодуляционных искажений, который оценивается двух (IIP2 - Input Intercept Point 2)– или трехсигнальной (IIP3 – Input Intercept Point 3) селективностью, расширяют динамический диапазон входных каскадов. Допустимый уровень искажений и интермодуляционных искажений можно обеспечить, используя в качестве активных компонентов, малошумящих транзисторов с большей мощностью рассеивания на коллекторе (стоке), расширяя динамический диапазон  или снижая коэффициент усиления. В последнем случае это может приводить к повышению уровня собственных шумов каскада и радиотракта и, как следствие - снижению чувствительности приемника.

   Интегральной оценкой помехоустойчивости цифровой системы и приемника, как его составной части, является вероятность появления ошибочных битов (BER, Bit Error Rate), предельное значение которой определено в теории потенциальной помехоустойчивости В.А.Котельникова. Огромную роль в повышении достоверности передаваемой информации при одновременном увеличении скорости ее передачи играют применяемые методы модуляции и демодуляции.

  Построение оптимальных демодуляторов, обеспечивающих когерентный идеальный прием, являющийся основным методом обработки сигналов в современных системах цифрой радиосвязи, требует высокой стабильности частоты настройки приемника и взаимной синхронизации мобильного оборудования и базовой станции.

   Различные показатели радиоприёмника тесно связаны друг с дру­гом. Например, сужение полосы пропускания приёмника и увеличение избирательности приводит к уменьшению уровня помехи и к повышению помехоустойчивости приёма, но в то же время и к увеличению искажений сигнала. Это указывает на необходимость оптимального выбора их со­отношения для заданного технического условия проектирования приемника, обеспечивающего наименьшую вероятности ошибки при заданном отношении сигнал/шум.

[1: c. 17-25, 3: c.15-20, 4: 5-15, 6: 9-16]

 

                   Вопросы для самопроверки

 

1. Дайте определение избирательности по соседнему и зеркаль­ному каналам.
2. С какой целью в радиоприёмниках применяется регулировка полосы пропускания?

3. Как можно увеличить динамический диапазон радиоприёмника?

4. Дайте определение реальной чувствительности радиоприём­ника.

5. Что такое интермодуляционные искажения и какова причина их появления?

 

    3. Входные цепи

     

  Основное назначение входной цепи (ВЦ) это наиболее эффективная передача мощности их антенны на вход первого активного элемента радиотракта и предварительная фильтрация помех от внешних источников.

Снижение уровня внеполосных помех, действующих на входе приемника, достигается включением избирательных цепей (фильтров). Такие цепи, будучи сравнительно широкополосными, мало ослабляют соседний канал. Они являются эффективным средством борьбы с зеркальным каналом и каналом прямой передачи, особенно при перестраиваемой конструкции.

  ВЦ приемников современных цифровых систем связи делаются неперестраиваемыми (принимают всю полосу рабочих частот, а не одного канала), что приводит к воздействию на его входе помех, создаваемых другими источниками (например, передатчиками других сот), и возникновению интермодуляционных искажений. Для уменьшения их воздействия, особенно в первых каскадах, применяют АЭ с большим динамическим диапазоном (в малошумящих входных усилителях и преобразователях).

  Антенны приемников сетей мобильной связи, работающих в СВЧ диапазоне, независимо от принадлежности мобильной или базовой станции и их конструкции, являются настроенными, вследствие достаточно узкой относительной полосы рабочих частот (менее 15-20 %). Отсутствие перестройки таких ВЦ позволяет выполнять их, в зависимости от частотного диапазона, многозвенными фильтрами на дискретных компонентах или фильтрами на поверхностных акустических волнах, реализующих высокую стабильность их характеристик с коэффициентом прямоугольности близким к единице (k _{п 0,001} ≈  1,2…2). 

  Реализация диапазонных приемников с перестраиваемыми ВЦ, выделяющими достаточно узкую полосу частот, содержащую полезный канал, вместе с группой частот соседних, ограничивает число источников мешающего воздействия. Это позволяет принимать более слабые сигналы и упрощает конструкцию фильтров, часто ограничиваясь одиночными колебательными контурами. Вместе с этим для обеспечения работы в диапазоне частот необходимо усложнять механизм настройки фильтров на требуемый канал, а это в свою очередь, затрудняет выполнение тре