Розрахунок шумової смуги пропускання

1.4 Розрахунок шумової смуги пропускання

Шумову смугу пропускання можна знайти із співвідношення [2]

(1.4.1),

де N0 – спектральна щільність потужності внутрішніх шумів, k – стала Больцмана, Т0 – кімнатна температура, Пш – шумова смуга пропускання

З формули (1.4.1) виразимо і знайдемо Пш:

1.5 Розрахунок чутливості приймача

Чутливістю приймача називається його можливість приймати слабкі сигнали. Кількісно чутливість визначається мінімальним рівнем сигналу, що приймається, при якому передана інформація відтворюється із задовільною якістю. Чутливість приймача з невеликим підсиленням, на виході якого шуми практично відсутні, визначається ЕРС (або номінальною потужністю) сигналу в антені (або її еквіваленті), при якій забезпечується задана напруга (потужність) сигналу на виході приймача. Якщо чутливість обмежується внутрішніми шумами приймача, то її можна оцінити реальною або обмеженою чутливістю, коефіцієнтом шуму або шумовою температурою.

Визначимо чутливість приймача у вольтах із співвідношення [1]

 (1.5.1),

де EA – чутливість приймача в вольтах, k – стала Больцмана, T0 – кімнатна температура, RA – опір антени, N0 – спектральна щільність потужності внутрішніх шумів, q2 – відношення сигнал/шум, ΔF – ширина спектра сигналу

 (В)

1.6 Розрахунок бази сигналу

База сигналу дорівнює добутку ширини спектра сигналу на його тривалість і визначається [9]

(1.6.1),

де B – база сигналу.

2. Аналіз відомих технічних рішень побудови радіоприймального пристрою цифрової системи передачі інформації

Структурна схема приймача в значній мірі визначається його призначенням, і видом модуляції сигналу. В структурному відношенні всі існуючі приймачі можна розділити на наступні види: детекторні приймачі без ПЗЧ та з УЗЧ; приймачі прямого підсилення; надрегенеративні приймачі з однократним або подвійним перетворенням частоти, а також приймачі типу інфрадин.

Найпростіший детекторний приймач складається з приймальної антени, що є невід’ємною частиною будь-якого приймача, вхідного пристрою, детектора і відтворюючого пристрою. Приймач такого типу зображений на рисунку 2.1. Але через погані характеристики такі приймачі в наш час не застосовуються.

Параметри приймача значно покращуються, якщо після детектора включити ПЗЧ або відеопідсилювач (рисунок 2.2). Приймач прямого підсилення відрізняється від попередніх наявністю підсилювача на частоті сигналу. Такий підсилювач значно підвищує чутливість і селективність приймача. Якщо в підсилювальному каскаді ввести позитивний зворотний зв’язок і зробити його значним, що додаткова напруга суперизації періодично буде приводити каскад в автоколивальний режим, отримаємо надгенератор, який володіє достатньо великою чутливістю, але недостатньою стабільністю. Схема даного приймача приведена на рисунку 2.3.

У більш сучасній схемі супергетеродинного приймача за допомогою додаткового місцевого гетеродину в перетворювачі відбувається зміщення спектра сигналу в діапазон нових проміжних частот. Це перетворення повинно бути лінійним, тобто не повинно супроводжуватися викривленнями огинаючої високочастотного сигналу. При такій умові результат детектування підсиленого в ППЧ сигналу буде таким же, як і результат детектування напруги з виходу підсилювача високої частоти в приймачі прямого підсилення. Супергетеродин володіє високою чутливістю і селективністю, оскільки підсилення відбувається ще й на проміжній частоті.

Для підвищення чутливості і селективності приймача застосовуються подвійні або навіть потрійні перетворення частоти.

Інколи в радіостанція пересувного зв’язку при безпошуковому настроюванні застосовуються супергетеродинні приймачі типу інфрадин. В таких приймачах не потрібен перенастроюваний преселектор (перенастроюється лише гетеродин) – в цьому їх основна перевага. Замість перенастроюваного преселектора застосовуються комбінації фільтрів верхніх (ФВЧ) і нижніх (ФНЧ) частот або широкосмугові фільтри зосередженої селекції, що включаються в схемі до перетворювача. Оскільки вхідні каскади такого приймача широкосмугові, виникає небезпека перевантаження їх активних елементів зовнішніми шумами і перешкодами – в цьому основний недолік приймачів даного типу. Перевантаження можна послабити, використовуючи в підсилювачах сигнальної і проміжної частоти каскади з великим динамічним діапазоном.

Проміжна частота вибирається вищою максимальної частоти сигналу, а частота гетеродину – ще вищою. Тому гетеродин працює на достатньо високих частотах і повинні бути пред’явлені підвищені вимоги до його стабільності – в цьому другий недолік такої схеми. Ці вимоги можуть бути виконані, якщо в якості використовується синтезатор частоти з опорним кварцовим генератором. Бажано також використовувати кварцові фільтри в ППЧ. В приймачах цього типу також можливе застосування подвійного перетворення частоти – при цьому вимоги до фільтрів ППЧ знижуються.

Рисунок 2.1 – Детекторний приймач без ПЗЧ

ВП – вхідний пристрій, Д – детектор, BF – відтворюючий пристрій

Рисунок 2.2 – Детекторний приймач з ПЗЧ

ВП – вхідний пристрій, Д – детектор, ВП – відтворюючий пристрій, ПЗЧ – підсилювач звукової частоти

Рисунок 2.3 – Приймач прямого підсилення

ВП – вхідний пристрій, Д – детектор, ВП – відтворюючий пристрій, ПЗЧ – підсилювач звукової частоти.

Перехід від аналогового сигналу до цифрового може виконуватись як по сигналу з виходу підсилювача сигнальної або проміжної частоти, так і по сигналу з аналогового детектора. При цьому важливе значення має вид параметра, що піддається аналого-цифровому перетворенню.

Розглянемо радіосигнал, який можна представити у вигляді

,

де uc(t) – сигнальна складова вхідого поцесу

uш(t) – шумова складова вхідного процессу

– амплітуда сигналу

– фаза сигналу

– центральна частота спектру

При відомій частоті  вхідний процес також повно описується за допомогою комплексної огинаючої.

Аналого-цифрове перетворення являє собою дискретизацію за часом і квантування за рівнем, яким піддається вхідний сигнал. Але при цьому спектр вхідного процесу повинен цілком розміщуватись в одній із спектральних зон k/2Tд, де k=0,1,…, Tд – період дискретизації. В цьому випадку спектр дискретних відліків процесу  в першій спектральній зоні повністю відповідає вхідному (початковому) спектру, тому за дискретними відліками можна без викривлень відновити неперервний процес . В іншому випадку спектр при дискретизації викривлюється.

Для подавлення спектральних складових вхідного процесу поза спектральною зоною цей процес перед дискретизацією пропускають через аналоговий смуговий фільтр з високим коефіцієнтом прямокутності. Нерідко для зниження необхідної швидкодії АЦП вхідний процес гетеродинують в область частот першої спектральної зони. В цьому випадку для запобігання викривлень спектра по дзеркальному каналу смуговий фільтр з високим коефіцієнтом прямокутності застосовують перед гетеродинуванням.

Обробку отриманих таким чином відліків називають обробкою миттєвих значень.

В іншому способі цифрової обробки аналого-цифровому перетворенню піддаються квадратурні складові С(t) і S(t), які можна отримати множенням вхідного процесу на два квадратурних гетеродинних коливання з частотою  і наступною фільтрацією низькочастотних складових результатів перемноження за допомогою ФНЧ. Схема реалізації даного способу представлена на рисунку 2.4.

Рисунок 2.4 – Функціональна схема формування комплексного сигналу за допомогою квадратурного генератора

В розглянутому способі відсутня необхідність застосування фільтра з високим коефіцієнтом прямокутності. Однак спектр квадратурних складових повинен цілком розташовуватись в першій спектральній зоні. Для забезпечення цієї умови може знадобитись ФНЧ з високим коефіцієнтом прямокутності. Відліки квадратурних складових можна також отримати шляхом дискретизації вхідного процесу в моменти часу, що зсунуті один відносно одного на четверть періоду коливання з частотою .

Обробку квадратурних складових називають обробкою комплексного сигналу. Зазвичай для такої обробки необхідна більш складна цифрова частина, але більш проста аналогова ( смуговий фільтр з високим коефіцієнтом прямокутності складніше ФНЧ). При цьому іноді дещо підвищуються характеристики обробки.

Обробка квадратурних складових рівноцінна (не враховуючи технічну реалізацію) обробці амплітуди і фази вхідного процесу, тобто амплітудно-фазовій обробці. У ряді випадків відмовляються від використання інформації, закладеної в амплітуді і оброблюють лише відліки фази.