Расчет и выбор параметров для радиолинии передачи информации с объекта

2. Расчет и выбор параметров для радиолинии передачи информации с объекта

 

Непрерывные сообщения, преобразованные в цифровую форму (код), передаются пакетом в течение 20 секунд по многоканальной радиолинии после обнаружения объекта. Число каналов системы N=8, а вид модуляции – АМн. Предполагается реализация принципа временного разделения каналов и разрядов цифрового сообщения. При этом структура пакета, помимо информационных сигналов, должна содержать служебную информацию для систем синхронизации и разделения разрядов и кодов для приемника на Ц.П. В этой части курсовой работы определяются параметры цифрового потока: разрядность (n), длительность канального интервала Т_к, длительность тактового (разрядного) импульса, требуемая полоса частот радиолинии f_рл с учётом особенностей АМн модуляции, ёмкость запоминающего устройства (З.У.) на Ц.П. для однократного сеанса связи, скорость передачи цифрового потока, скорость модуляции.

 

2.1 Определение параметров системы с ВРК и АМН

При расчете параметров радиотехнической системы (длительности канального сигнала и длительности разрядного импульса) подразумевалось, что вся информация (вместе с признаками синхронизации) передается со скоростью преобразования сообщения в цифровую форму (с частотой дискретизации). Длительность временного интервала, отводимого на передачу одного разряда, вычислялась исходя из того, что за один канальный интервал передается 7 информационных разрядов.

На рисунке ниже приведена структура информационной посылки.

Рис. 3. Временная диаграмма информационной посылки.

Скорость передачи одного разряда информации:

Так как импульсы синхронизации (ИС) не несут информации, то скорость передачи полезной информации равна:

Для однократного сеанса связи достаточно 8‑ми разрядного ОЗУ. Емкость ЗУ, которая обеспечит хранение информации, принятой с объекта в течение 20с, т.е. за один сеанс связи

,

При формировании канальных сигналов необходимо учесть, что для уменьшения межсимвольных (при последовательной передаче разрядов) искажений длительности разрядных импульсов должны быть меньше : [5]. Выберем:

Полоса группового сигнала определяется из следующего выражения [5]:

Где g_к=1 коэффициент, определяемый видом манипуляции сигнала в канале (КИМ-АМн).

Для передачи информации используем перенос на несущую частоту с помощью ОБП (т.е. во второй ступени используется амплитудная модуляция), тогда требуемая полоса радиолинии составит:

где  – параметр, зависящий от вторичной ступени модуляции.

2.2 Расчет энергетических характеристик

К энергетическим характеристикам относятся: мощность сигнала на входе приемника, мощность излучаемого сигнала, а также мощность шума, приведенная ко входу приемника. Качество выделения информации приемным устройством цифровой системы передачи информации обычно характеризуется вероятностью ошибки выделение символы сообщения. Связь между допустимым значением вероятности ошибки Р_д, равным 1*10^-5 и пороговым отношением мощности сигнала к мощности шума q²_пор для АМн модуляции при некогерентном приеме может быть представлена в виде [4, 5]:

Откуда

Рабочее отношение мощности сигнала к мощности шума, обеспечивающее заданную надежность Р_н =0,8, находим из выражения:

Откуда

Квадраты этих отношений:

Считаем, что полоса пропускания линейной части приемника на 10% превышает полосу частот радиолинии:

Мощность шума Р_ш может быть найдена из выражения:

– полоса пропускания линейной части приемника;

k₀ = 1,38^.10^-23 Дж/град – постоянная Больцмана;

Т_эф=Т_к+Т_З+Т_А+Т_пр – эффективная шумовая температура приемника, складывающаяся из температуры космоса (небесной сферы), атмосферы, земли и эффективной шумовой температуры приемника, обусловленной шумами входных цепей и первых каскадов. Первые три слагаемых для Т_эф образуют эффективную шумовую температуру антенны. Сведения о значениях отдельных компонент эффективной шумовой температуры приемника в зависимости от несущей частоты при различных схемных решениях входных каскадов приемного устройства приведена на рисунке. Выбрав конкретное значение Т_эф, можно найти мощность шума, полагая полосу пропускания приемника? f_прнесколько превышающей (примерно на 5–10%) ширину спектра радиосигнала. Умножая полученное значение мощности шума на значения порогового h²_пор и рабочего h²_раб отношений сигнал /шум, можно получить соответственно пороговую и рабочую мощности сигнала на входе приемника.

Эффективную шумовую температуру приемника находим для частоты 6 ГГц (считаем, что приемник выполнен на полупроводниках):

К.

Спектральная плотность шумов  равна [5]:

, Вт / Гц.

Мощность шумов, приведенная к входу приемника

,

Считаем, что сопротивление антенны приемника равно 75 Ом, тогда мощность на входе будет равна , Вт.

Умножая полученное значение мощности шума на значения порогового и рабочего отношений сигнал /шум, можно получить соответственно пороговую и рабочую мощности сигнала на входе приемника [5]:

 

Для расчета требуемой мощности излучаемого сигнала необходимо воспользоваться соотношением между мощностями излучаемого и принимаемого сигналов при распространении радиоволн в свободном пространстве [1], [2]:

где G_A – коэффициент направленного действия передающей антенны;

S_эф – эффективная поверхность приемной антенны;

Р_пр – мощность сигнала на входе приемника;

η – коэффициент потерь энергии сигнала при распространении радиоволн и в антенно-фидерных трактах приемника и передатчика (η<1).

Задаваясь характеристиками антенн и коэффициентом потерь энергии при заданном максимальном расстоянии до объекта, найдем рабочее значение мощности передатчика при использовании рабочей мощности сигнала на входе приемника. Будем считать, что на объекте установлена ненаправленная антенна с КНД

.

Имеем радиолинию с активным ответом, которая состоит из линии запроса и линии ответа.

КНД антенны, установленной на ЦП выберем, исходя из заданного разрешения, которое составляет 1% от максимально измеряемого угла. КНД антенны будет равен 10, так как антенна представляет из себя простую ФАР на 4–6 элементах.

Коэффициент потерь энергии сигнала при распространении радиоволн и в антенно-фидерных трактах приемника и передатчика: .

Тогда значение рабочей мощности передатчика на объекте равно [5]:

, Вт.

Это нормированная мощность, т.е. приведенная к 1 Ом. Если считать, что мощность передается антенной с сопротивлением 75 Ом, то, можно считать, что на эквивалентной согласованной нагрузке должна выделяться мощность:

Расчет относительной среднеквадратической ошибки воспроизведения сообщения, вызванной действием шумовой помехи, можно выполнить по формуле [5]:

Тогда эффективное значение результирующей относительной ошибки сообщения на выходе системы с учетом действия шумовой помехи равно: