Энергетический расчет радиоканала с оценкой достоверности принятого сообщения

Серпухов 2009 г.

Содержание

Задание на курсовую работу. 3

Введение. 4

1. Механизм распространения радиоволн метрового диапазона. 5

2. Энергетический расчет радиоканала с оценкой достоверности принятого сообщения 7

3. Выбор структурной и обоснование функциональной схем устройства. 12

Заключение. 17

Список использованной литературы.. 18

Задание на курсовую работу

по дисциплине "Системы и сети связи"

Тема: Дискретный канал радиосвязи с разработкой функциональной схемы приемного устройства.

Исходные данные:

1. Дальность радиосвязи r=30 км;

2. Мощность излучения передатчика Р=600 Вт;

З. КНД передающей антенны D=1,4 дБ;

4. Тип приемной антенны АШ-4;

5. Входное сопротивление приемной антенны R_a=70 Ом;

6. Диапазон рабочих частот 30…60 МГц;

7. Производительность источника R_n=600 бит/с;

8. Коэффициент шума приемника N_ш=4 раз;

9. Вид сигнала F9 - 600;

10. Высоты размещения антенн (м):

- передающей h₁=9;

- приемной     h₂=5;

11. Требуемая избирательность (дБ):

- по зеркальному каналу 65;

- по соседнему каналу 50;

12. Длина сообщения N=2000 дв.символов;

13. Требуемая вероятность доведения Р_дов>=0,999.

ВЬПОЛНИТЬ

1. Механизм распространения волны для решаемой задачи.

2. Энергетический расчет радиоканала с оценкой достоверности (вероятности доведения) принятого сообщения.

3. Выбор структурной и обоснование функциональной схем устройства.

Введение

В данной работе, в соответствии с заданием на курсовую работу, будет представлен механизм распространения радиоволн метрового диапазона, его отрицательные и положительные стороны, затем будет произведен энергетический расчет радиоканала и определена вероятность доведения сообщения. На основе этого расчета будет выбрана структурная схема, а затем обоснована функциональная схема приемного устройства.

Механизм распространения радиоволн метрового диапазона

Диапазон рабочих частот (30-60 МГц) входит в метровый диапазон (30-299,99 МГц). Радиоволны, длина которых менее 10 метров, практически не обладают дифракцией, то есть не могут огибать препятствия на пути распространения. Концентрация заряженных частиц в ионосфере недостаточна для значительного влияния на траекторию распространения радиоволн этого диапазона, поэтому радиоволны практически не отражаются от ионосферы. С одной стороны, это делает невозможной дальнюю связь на поверхности Земли за пределами прямой видимости, с другой стороны, позволяет использовать радиоволны этого диапазона для спутниковой связи.

Таким образом, основные характеристики распространения электромагнитных колебаний метрового диапазона определяют возможной связь в этом диапазоне в пределах прямой видимости между передающей и приемной антеннами. Для увеличения дальности связи антенны устанавливают на высокие опоры.

Рис 1. Механизм распространения радиоволн метрового диапазона

С точки зрения расчетов различают 3 зоны:

1) r<r_пр – освещенная зона;

2) r r_пр – зона полутени;

3) r>r_пр- зона тени.

где r – дальность радиосвязи, а r_пр- зона прямой видимости.

В этом диапазоне волн также возможна интерференция сигналов, но уже с отраженными сигналами от Земли или других неровностей рельефа либо строений в ближней зоне радиопередатчика. На рисунке 2 условно показан ход лучей прямой и отраженной от поверхности Земли волн.

Рис. 2 Распространение прямой и отраженной волн

 При достаточно большой мощности передатчика связь за горизонтом возможна и в этом диапазоне волн. Дальняя связь за пределами прямой видимости оказывается возможной благодаря тому, что в атмосфере Земли по ряду причин могут возникать локальные неоднородности. Эти неоднородности и вызывают рассеяние радиоволн, в том числе и в направлении пункта приема. При достаточной чувствительности приемного устройства может быть организована радиосвязь в труднодоступных районах на расстоянии нескольких сотен километров. Показатель преломления зависит от давления и температуры воздуха, которые убывают с высотой.

На рисунке 3 представлена схема возможной связи с использованием рассеяния радиоволн на неоднородностях атмосферы.

Рис. 3 Рассеяние радиоволн от неоднородностей атмосферы

Энергетический расчет радиоканала с оценкой достоверности принятого сообщения

1. Рассчитаем длину волны (λ):

;                 (1)

где с- скорость света;

f-рабочая частота.

Т.е. получаем диапазон рабочих частот в метрах λ=(5…10)м, для расчетов возьмем среднюю длину волны 7,5 м.

2. Рассчитаем дальность прямой радиовидимости между передающей и приемной антенной (r_пр):

                                      (2)

где h₁ и h₂ – высоты поднятия антенн над уровнем земли;

 м

По заданию на курсовую работу дальность радиосвязи составляет r=30 км. Отсюда следует, что мы работаем с зоной тени и для дальнейших расчетов следует использовать формулу Фока.

3. Рассчитаем действующую напряженность на входе приемника (Е_д). Т.к. , то используем формулу Фока:

                         (3)

где υ-коэффициент дифракции (дифракционное поглощение энергии сигнала) на погонный км трассы.

Для поля: 30

Для города: 1000

Для расчета возьмем значение 100

R_з.э= 8500 км – эквивалентный радиус Земли.

Следует помнить, что в знаменателе первого множителя r_пр подставляется в м, а в показателе степени λ, r, r_пр и R_з.э – в км.

Также необходимо определить эквивалентные высоты антенн

                               (3.1)

                             (3.2)

;

;

Коэффициент усиления G антенны и КНД D антенны связаны соотношением:

                                                                                    (4)

где -КПД передающей антенны.

Так как для метрового диапазона КПД передающей антенны близок к 1, то примем коэффициент усиления антенны G»D, при этом значение из дБ необходимо перевести в разы: [разы]=10^{0,1*1,4[дБ]}=1,38 раз.

Рассчитаем действующую длину антенны:

                                                                                              (5)                     

где k- волновое число; l_a=4 м-длина плеча антенны.

4. Рассчитаем напряжение на выходе антенны (вход приемника):

                                          (6)

5. Определим отношение сигнала к шуму:

                           (7)

где N_п-коэффициент шума приемника;

-эффективная полоса пропускания приемника;

К-постоянная Больцмана (К=1,38*10^-23);

Т-температура окружающей среды (Т=300 К);

R_а-сопротивление антенны.

Т.к. мы имеем дело с сигналом F9, то эффективную полосу пропускания рассчитаем по формуле:

                                                             (8)

где -производительность источника.

6. Определим вероятность ошибки в приеме двоичного символа

                                                             (9)

Очевидно, что вероятность ошибки в приёме одного символа очень велика, что не устраивает нас, поэтому необходимо внести изменения в проектируемой системе связи. Существует несколько способов уменьшения вероятности ошибки (повышение отношения сигнал/шум), к наиболее очевидным можно отнести:

- увеличение высот подъема антенн (увеличение длины антенны);

- использование более эффективных антенн;

- увеличение мощности передатчика;

- использование помехоустройчивого кодирования и др.

Используем один из эффективных и достаточно простых методов – использование более эффективной приемной антенны, что увеличит действующую высоту антенны.

Предлагается использовать рамочную антенну с ферритовым сердечником. Рамочные антенны, в основном, используются как приемные антишумовые антенны. Чувствительность современных приемных устройств обычно значительно выше уровня электромагнитного шума в месте приема. Используя рамочную антенну типа магнитной рамки можно не только значительно ослабить электрическую составляющую помех, которая обычно преобладает в шумовом спектре, но и провести селекцию сигнала по направлению.

Для такой рамочной антенны действующая длинна, определяется следующим соотношением:

                                 (10)

где N-число витков,

S-площадь рамки антенны,

- эффективная магнитная проницаемость материала сердечника.

Просчитав несколько вариантов рамочных антенн, выбраны характеристики антенны: N=10 витков, S=0,01 м².

Тогда напряжение на входе приемника:

Энергетическое соотношение:

При таком высоком соотношении необходимость в использовании помехоустойчивого кодирования отпадает, что дает преимущество в простоте изготовления приемных устройств.

При

- вероятность ошибки практически равна нулю.

7. Оценим вероятность доведения сообщения из 2000 двоичных символов:

                                (11)

Полученные значения полностью удовлетворяют требуемым.

Мы поможем в написании ваших работ!