Системы электросвязи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача №1

1. Начертить структурную схему 4-канальной аналоговой системы передачи с ЧРК с однополосной АМ.

2. Рассчитайте границы нижних и верхних боковых полос частот на выходах индивидуальных модуляторов каждого из каналов. Полоса первичных сигналов составляет 0,3...3,4 кГц, а несущая частота (в килогерцах) для нижнего по частоте канала равна f_нес = 12 кГц. Канальные полосовые фильтры выделяют полезную нижнюю боковую частоту.

3. Рассчитайте и постройте спектральную диаграмму группового сигнала 4-канальной многоканальной системы передачи с указанием границ полос, занимаемых каждым канальным сигналом. Определите ширину полосы частот группового сигнала.

4. На структурной схеме укажите все рассчитанные значения величин.

Номер варианта	5
Кол. Каналов в СП	4
Несущая частота нижнего канала	12
Полезная боковая Н-нижняя, В-верхняя	н

Рисунок 1 - Структурная схема четырехканальной аналоговой системы передачи с ЧРК с одной полосой АМ

Спектр АМ колебания состоит из трёх составляющих:

- несущей частоты,

- верхней боковой полосы,

- нижней боковой полосы.

Нижняя боковая полоса рассчитывается по формуле:

F_НБП = F_Нес - (F₂ - F₁)

Верхняя боковая полоса рассчитывается по формуле:

F_ВБП = F_Нес + (F₂ - F₁)

Рисунок 2 - Спектр АМ сигнала

Определим ширину спектра первичного сигнала:

F₂ - F₁ = 3,4 - 0,3 = 3,1 кГц

Номиналы несущих частот для остальных каналов выбираю с учётом полосы расфильтровки, равной 0,9 кГц, чтобы спектры канальных сигналов не перекрывались.

Следовательно, несущие должны отличаться друг от друга на 4 кГц:

F_Нес = 3,1 + 0,9 = 4 кГц

Для второго канала необходимо выбрать несущую частоту:

Fнес₂ = Fнес + 4 = 16 кГц

Последующие каналы различаются на 4 кГц:

Fнес₃ = Fнес₂ + 4 = 20 кГц

Fнес₄ = Fнес₃ + 4 = 24 кГц

Определим границы диапазонов частот, занимаемые нижними и верхними боковыми полосами АМ сигналов на выходе амплитудного модулятора:

1 канал:

Fнес₁ - F₂ = 12 - 3,4 = 8,6 кГц

Fнес₁ - F₁ = 12 - 0,3 = 11,7 кГц

Следовательно, нижняя боковая полоса занимает диапазон 8,6 - 11,7 кГц.

Верхняя боковая полоса рассчитывается по формуле:

Fнес₁ + F₁ = 12 + 0,3 = 12,3 кГц

Fнес₁ + F₂ = 12 + 3,4 = 15,4 кГц

Следовательно, верхняя боковая полоса занимает диапазон

26,3 - 29,1 кГц

2 канал:

Fнес₂ - F₂ = 16 - 3,4 = 12,6 кГц

Fнес₂ - F₁ = 16 - 0,3 = 15,7 кГц

Следовательно, нижняя боковая полоса занимает диапазон 12,6 - 15,7 кГц.

Верхняя боковая полоса рассчитывается по формуле:

Fнес₂ + F₁ = 16 + 0,3 = 16,3 кГц

Fнес₂ + F₂ = 16 + 3,4 = 19,4 кГц

Следовательно, верхняя боковая полоса занимает диапазон 16,3 - 19,4 кГц.

3 канал:

Fнес₃ - F₂ = 20 - 3,4 = 16,6 кГц

Fнес₃ - F₁ = 20- 0,3 = 19,7 кГц

Следовательно, нижняя боковая полоса занимает диапазон 16,6 - 19,7 кГц.

Верхняя боковая полоса рассчитывается по формуле:

Fнес₃ + F₁ = 20 + 0,3 = 20,3 кГц

Fнес₃ + F₂ = 20 + 3,4 = 23,4 кГц

Следовательно, верхняя боковая полоса занимает диапазон 20,3 - 23,4 кГц.

4 канал:

Fнес₄ - F₂ = 24 - 3,4 = 20,6 кГц

Fнес₄ - F₁ = 24 - 0,3 = 23,7 кГц

Следовательно, нижняя боковая полоса занимает диапазон 20,6 - 23,7 кГц.

Верхняя боковая полоса рассчитывается по формуле:

Fнес₂ + F₁ = 24 + 0,3 = 24,3 кГц

Fнес₂ + F₂ = 24 + 3,4 = 27,4 кГц

Следовательно, верхняя боковая полоса занимает диапазон 24,3 - 27,4 кГц.

Полосовые канальные фильтры выделяют полезную боковую полосу - нижнюю, то есть на выходах:

Ф₁ - будет диапазон частот 8,6 - 11,7 кГц,

Ф₂ - будет диапазон частот 12,6 - 15,7 кГц,

Ф₃ - будет диапазон частот 16,6 - 19,7 кГц,

Ф₄ - будет диапазон частот 20,6 - 23,7 кГц,

На основе этих расчетов построим спектральную диаграмму группового сигнала (рис. 3)

Рисунок 3 - Спектральная диаграмма группового сигнала

Задание №2

Начертите упрощённую структурную схему N - канальной оконечной ЦСП с ИКМ и ВРК. Приведите краткое (одну - две фразы) описание каждого элемента схемы.

2. Укажите этапы аналого-цифрового преобразования сигнала в тракте передачи и цифро-аналогового преобразования сигнала в тракте приёма.

3. Выберете частоту и период дискретизации сигнала, спектр которого ограничен частотами F_H и F_B.

4. Для заданного числа каналов постройте временную диаграмму группового АИМ сигнала, указав на диаграмме первые три канала и последний канал.

5. Выполните операцию равномерного квантования с шагом ? и кодирования в симметричном двоичном коде двух отсчетов аналогового сигнала первых трех каналов с амплитудами U₁, U₂, U₃ и U_N для заданной системы передачи. Определите величины искажений (ошибок) квантования. Изобразите полученные в результате кодирования кодовые слова в виде сочетаний токовых и бестоковых посылок, считая, что двоичной единице соответствует токовая посылка, а нулю - бестоковая.

6. Определите скорость передачи двоичного сигнала ИКМ. Первичный сигнал является телефонным, количество уровней квантования М.

Номер варианта	5
Количество каналов N в СП	24
Спектр аналогово сигнала F,кГЦ	0,3 - 26
Амплитуды сигнала в каналах U,B: 1канал 2канал 3канал 4канал Nканал	1,2;4,7 15;8 3,9;8,4 24,14 6,5;8,9
Число разрядов М	8
Значения ампл. U1,B U2,B U3,B UN,B	175 -89 -357 1024
Шаг квантования	30

Рисунок 4 - Упрощённая структурная схема N - канальной оконечной ЦСП с ИКМ и ВРК

Кодер - устройство осуществляющее квантование по амплитуде и кодирование квантовонного сигнала (устройство часто называют аналого-цифровым преобразователем (АЦП)), т.к в результате кодирования аналоговый АИМ сигнал преобразуется в цифровой.

Устройство обеспечивающее обратную операцию на приеме называют декодером или цифроаналоговым преобразователем (ЦАП)

ФНЧ - фильтр низких частот служит для ограничения спектра исходного непрерывного сигнала каждого канала или подавляет высокочастотные продукты декодирования.

АИМ - амплитудно-импульсный модулятор. С помощью которого осуществляется дискретизация передаваемых сигналов во времени. (Функцию АИМ выполняют электронные ключи)

ГО_ПЕР (ГО_ПР) - генераторное оборудование вырабатывает периодическую последовательность импульсов служащие для управления электронным кличем.

пер СС и пр СС - передача и прием синхросигнала нужного для того, чтобы передаваемый сигнал поступал в соответствующий приемник.

ЗГ - задающий генератор вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой F_Д = 8 кГц Тd = 125 мкс.

УО - устройство объединения осуществляет объединение модулированных последовательностей импульсов всех каналов. Формирует многоканальный АИМ сигнал.

УР - устройство разделения разделяет сигналы речевой информации, сигналы управления и взаимодействия, сигналы цикловой синхронизации и направляет в соответствующие ветви аппаратуры.

пер. СУВ, пр. СУВ - сигналы управления и взаимодействия (набор номера, вызова, отбоя и т.д)

РЛ - регенератор линейный восстанавливает форму и длительность сигналов искаженных при передачи.

ОС - оборудование сопряжения служит для согласования характеристик группового ИКМ сигнала с характеристиками линий связи.

СР - станционный регенератор восстанавливает форму и длительность сигналов искаженных при передачи.

ВТЧ - устройство выделения тактовой из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры фильтры выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота.

ПК пер - преобразователь кода передачи. Преобразует униполярный двоичный код, в двуполярный код параметры которого определенным требованиям.

ПК пр - преобразователь кода приема соответственно восстанавливает униполярный двоичный сигнал

Исходные непрерывные сигналы каждого канала поступают на

фильтры нижних частот ФНЧ, ограничиваются по частоте F _max.

Затем поступают на электронные ключи ЭК₁ ЭК₂ … ЭК₇, осуществляющие дискретизацию этих сигналов.

Работой ключей управляет периодическая последовательность импульсов, вырабатываемая генераторным оборудованием ГОпер. Частота следования импульсных последовательностей, управляющих работой электронных ключей различных каналов равна частоте дискретизации, которая определяется по теореме Котельникова.

На приёмной оконечной стации разделение канальных сигналов осуществляется ключами ЭК₁ ЭК₂ … ЭК₇. Работой ключей управляют импульсные последовательности, поступающие с ГОпр. Для того, чтобы ключи передающей и приёмной станции работали синхронно и синфазно с ПерСС передающей станции на приёмную передаётся специальный сигнал синхронизации, обеспечивающий согласованную во времени работу ГОпер и ГОпр. Фильтры нижних частот осуществляют восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности амплитудно-модулированных импульсов.

2. Дано:

Количество каналов - 24.

Спектр аналогового сигнала:

Fн = 0,3 кГц = 300 Гц; Fв = 2,6 кГц = 2600 Гц

Амплитуды сигналов в каналах:

1 канал:

U₁ = 1,2 B; U₂ = 4,7 B

2канал:

U₁ = 15 B; U₂ = 8 B

3 канал:

U₁ = 3,9 B; U₂ = 8,44 B

4 канал:

U₁ = 24 B; U₂ = 14 B

N - канал

U₁ = 6,5 B; U₂ = 8,9 B

Выбор частоты и периода дискретизации осуществляется на основе теоремы Котельников, с учётом небольшого (10…20)% запаса.

Fдиск = 2,2 * 2600 = 5720 Герц

Т_Диск = 1,74*10^-4 секунды = 17,4 мс.

3.Первичный аналоговый сигнал подвергается амплитудно-импульсной модуляции (АИМ).

Амплитуды импульсов изменяются в соответствии с изменением мгновенных значений аналогового сигнала, длительность и частота следования импульсов остаются постоянными.

По теореме Котельникова частота следования сигналов для канала ТЧ выбирается равной:

F_Д ? F max ? 2 · 2.6 ? 5.2 кГц

F_Д = 8 кГц

Тd = 1/Fd = 1/8000 = 125 мкс.

За каждый период Т_Д происходит однократное замыкание ключей каждого канала. В момент замыкания ключа в линию передаётся мгновенное значение напряжения канала. Каналы работают поочерёдно. Для того, чтобы ключи передающей и приёмной станции работали синхронно и синфазно, с Пер.СС передаётся специальный сигнал синхронизации (С.С.), обеспечивающий согласованную во времени работу ГОпер и ГОприём. Цикл передачи Т_Ц - это время, за которое передаются импульсы всех каналов, взятых по одному разу. Длительность цикла равна периоду дискретизации Т_Д = Т_Ц.



U - N-канала

U - 4-канала

U - 3-канала

U - 2-канала



U - 1-канала

Рисунок 5 - Временная диаграмма группового АИМ сигнала

4. Дано:

Число разрядов - 8;

U₁ = 175 B;

U₂ = - 89 B;

U₃ = -357 B

U₄ = 1024 B

= 30 B

Количество квантования М связано с числом двоичных элементов соотношением М = 2^m. В данном случае m = 8, значит, количество уровней квантования будет равно М = 2⁸ = 256.

Квантование с математической точки зрения соответствует операции округления до ближайшего целого.

U₁ = 175 B округляем до ближайшего числа, после квантования будет равна 180 Вольт;

U₂ = - 89 B после квантования будет составлять -90 Вольт;

U₃ = - 357 B после квантования будет составлять -360 Вольт;

U₄ = 1024 B после квантования будет составлять 1020 Вольт;

Теперь высчитываю ошибку квантования для этих сигналов по формуле:

о = | U_Р.У. - U_АИМ |

Для первого импульса о₁ = 180 - 175 = 5 В,

Для второго импульса о₂ = 90 - 89 = 1 В,

Для третьего импульса о₃ = 360 - 357 = 3 В,

Для четвёртого импульса о₄ = 1024 - 1020 = 4 В.



Рисунок 6 - Закодированные номера уровней в двоичной системе счисления

Скорость передачи v двоичных сигналов в канале или тракте равна тактовой частоте (частоте следования двоичных сигналов) и зависит от числа каналов N в цифровой системе передачи, от числа элементов М в кодовой группе, а также от частоты дискретизации F_Д АИМ сигналов.

Тактовая частота определяется по формуле:

F_Т = F_Д М N

Частота дискретизации F_Д в телефонном канале ТЧ равна 8 кГц.

F_Т = F_Д М (N +2) = 8 256 (24 +2) = 53248 кбит/с

Задание № 3

1. По заданному диапазону частот (40-70 МГц) указать основные способы распространения радиоволн в указанном диапазоне частот.

2. Определите вид радиосистемы, приведите структурную схему выбранной радиосистемы и кратко опишите особенности передачи электросигналов в этой системе, назначение элементов схемы. Укажите количество передаваемых сообщений в данной системе.

3. Рассмотрите особенности передающих и приемных антенн.

Номер варианта	5
Диапазон частот	40 + 70мГЦ
Длина пролёта L,км	2500

1. Метровые волны - радиоволны в диапазоне частот от 30 до 300 МГц (длины волн 1 - 10 м). Метровые волны распространяются преимущественно как земные волны в пределах прямой видимости на расстояния до нескольких десятков километров. Характеристики распространения метровых волн существенно зависят от рельефа местности и типа подстилающей поверхности. Влияние атмосферы Земли выражается в рассеянии метровых волн слабыми неоднородностями ионосферы и тропосферы, что приводит к дальнему (на расстояния до 2 тыс. км) распространению волн. Метровые волны широко используют в радиовещании и телевидении, в метеорных системах связи и радиолиниях ионосферного рассеяния, а также при диагностике ионосферной плазмы с борта ИСЗ, ракет и т. п.

Большинство маломощных радиостанций работают в диапазоне метровых (УКВ) волн, захватывая участок декаметрового диапазона от 30 до 80 МГц. Широкое использование диапазона метровых волн объясняется рядом его достоинств.

Во-первых, условия распространения метровых волн не зависят от времени суток, года и периода солнечной активности, что в значительной степени определяет качество и надежность радиосвязи.

Во-вторых, участок метровых волн обладает достаточно большой частотной емкостью, что обеспечивает возможность одновременной работы большого количества радиостанций без создания взаимных помех и использование для связи широкополосных помехоустойчивых видов радиосигналов.

В-третьих, в диапазоне метровых волн практически отсутствуют взаимные помехи, создаваемые дальними радиостанциями.

В-четвертых, отдельные блоки радиостанций метрового диапазона имеют значительно меньшие размеры по сравнению с радиостанциями более длинных волн, так как чем меньше длина волны, тем меньше размеры таких элементов, как катушки индуктивности, трансформаторы, дроссели, конденсаторы переменной емкости, антенные устройства и т. д.

Основным видом радиосигналов, используемых в маломощных радиостанциях метрового диапазона, являются телефонные радиосигналы с частотной модуляцией. Радиосигналы с ЧМ, обладая достаточно высокой помехоустойчивостью, просты при технической реализации.

Современные радиостанции метрового диапазона строятся на основе массового использования не только транзисторов, но и аналоговых и цифровых интегральных микросхем, миниатюрных резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, дросселей, трансформаторов, кварцевых резонаторов и других элементов. Изменение элементной базы не привело к существенной перемене общих принципов построения современных радиостанций, которые в основном совпадают с принципами построения радиостанций предыдущих выпусков: приемопередатчики строятся по совместной схеме; тракт приема представляет собой супергетеродин, как правило, с двойным преобразованием частоты; тракт передачи содержит те же самые элементы -- возбудитель, тракт усиления мощности и САУ. Однако отдельные элементы приемопередатчиков, их принципы построения и схемные реализации претерпели существенные изменения, которые оказали влияние как на электрические, так и на эксплуатационные характеристики современных радиостанций.

2. Применение интегральных микросхем в сочетании с другими миниатюрными элементами позволило создать высокостабильные, малогабаритные, экономичные синтезаторы частот, которые и определяют стабильность частоты современных радиостанций. На рис. 7 представлена обобщенная структурная схема современной радиостанции данного типа.

Рисунок 7 - Обобщенная структурная схема радиостанции МВ диапазона

Тракт передачи состоит из возбудителя, усилителя мощности (УМ) и согласующего антенного устройства (САУ).

Возбудитель предназначен для создания высокостабильных модулированных колебаний в заданном диапазоне частот. Он может быть представлен в виде трех основных элементов: синтезатора частот, блока формирования радиосигналов (БФС) и тракта преобразования радиосигналов.

Синтезатор частот предназначен для формирования сетки частот с требуемым интервалом в диапазоне частот, расположенном выше диапазона радиостанции на величину f_пч. Такое смещение частот синтезатора позволяет использовать его в качестве источника колебаний гетеродинов приемника. Синтезаторы, применяемые в радиостанциях данного типа, как правило, строятся по методу косвенного синтеза с фазовой автоподстройкой частоты.

В качестве устройства формирования радиосигналов (БФС) с частотной модуляцией используется высокостабильный кварцевый автогенератор (ЧМГ). Модулирующий сигнал, управляющий колебаниями ЧМГ, поступает от подмодулятора (УЗЧ на рис. 7) через фильтр нижних частот (ФНЧ1). Частота генератора ЧМГ обычно принимается равной номинальному значению промежуточной частоты приемника (fчмг--f _пч1), величина которой составляет около 10 МГц.

Перенос радиосигналов, сформированных на частоте fчмг, непосредственно на рабочую частоту радиостанции f_с осуществляется системой фазовой автоподстройки частоты возбудителя (не путать с системой ФАП синтезатора), в которой ЧМГ выполняет функции опорного генератора.

Таким образом, частота возбудителя f_с и ее стабильность полностью определяются частотами двух высокостабильных колебаний - синтезатора частот (f_г1) и частотно-модулированного кварцевого автогенератора (fчмг). Если учесть, что обычно f_г1»f чмг, то, как известно, относительная нестабильность частоты результирующего сигнала определяется в основном нестабильностью более высокочастотного колебания.

Для расширения полосы схватывания системы ФАП возбудителя применяется специальный релаксационный автогенератор поиска ГП. При больших начальных расстройках он работает в автоколебательном режиме, а при уменьшении начальной расстройки до величины, равной полосе схватывания фазового детектора (ФД), переходит в режим усиления постоянного тока (УПТ).

Радиосигналы, сформированные в возбудителе, поступают в тракт усиления мощности передатчика, который содержит два-три промежуточных каскада и выходной каскад с целью увеличения мощности сигнала до необходимого уровня.

Согласующее антенное устройство в зависимости от мощности передатчика и диапазона частот выполняется в виде либо неперестраиваемых, либо перестраиваемых автоматически реактивных четырехполюсников и предназначено для согласования по сопротивлению выхода усилителя мощности и входа табельных антенн.

Приемный тракт радиостанций данного вида выполняется по супергетеродинной схеме, как правило, с двойным преобразованием частоты, так как для обеспечения высокой избирательности по побочным каналам приема первая промежуточная частота должна быть около 10 МГц.

Структурная схема приемного тракта, особенности данной схемы. Входная цепь, которая предназначена для выделения напряжения частоты сигнала из множества колебаний различных частот, наводимых в антенне, подавления помех по ложным каналам приема и излучений первого гетеродина; состоит из коммутируемых полосовых фильтров (обычно двухконтурных), включенных на входе тракта УРЧ. Перестройка полосовых фильтров (ПФ) осуществляется дискретно с помощью варикапов, управляющее напряжение на которые подается при установке рабочей частоты. Аналогично осуществляется и перестройка полосовых фильтров, используемых в качестве нагрузки усилительных элементов тракта УРЧ. Тракт усиления радиосигналов на рабочей частоте (УРЧ) обычно содержит один каскад усиления.

Тракты промежуточных частот, предназначенные для понижения частоты сигнала до необходимой для работы детектора, состоят из смесителей, источников гетеродинов приемника и фильтров, настроенных на сигналы соответствующих промежуточных частот. В качестве источника сигналов гетеродинов приемника используется синтезатор частот, формирующий колебания с частотами f_г1 и f_г2

Детектор предназначен для преобразования модулированного сигнала напряжение низкой частоты.

В тракт усиления сигналов звуковой частоты (УЗЧ) до уровня необходимого для работы оконечных устройств в большинстве современных радиостанций вводится подавитель шумов (ПШ), который при отсутствии сигналов корреспондента уменьшает коэффициент усиления каскадов УЗЧ так, что шумы в телефонах практически отсутствуют. При приходе сигнала корреспондента подавитель шумов автоматически выключается.

Управление радиостанциями осуществляется специальным устройством управления. Одновременно с установкой частоты производится коммутация фильтров и управляемых генераторов возбудителей, а также дискретная перестройка ПФ входной цепи и УРЧ приемника.

Источниками электропитания рассматриваемых радиостанций являются источники питания с напряжением от 12 до 28B. При установке радиостанций на автомобиле предусмотрена возможность питания от его бортовой сети.

Разнесение каналов в радиовещании в метровом диапазоне в Северной Америке составляет 200 кГц, в Европе 150 кГц. Эффективные мощности излучения обычно много меньше 100 кВт.

Телевещание в метровом диапазоне осуществляется при разносе каналов в 6 МГц.

Следовательно в диапазоне частот 40 - 70 кГц количество телеканалов будет равняться (70 - 40) /6 = 30/6 = 5 каналов, количество радиоканалов будет равняться (70 - 40) /150 = 30/6 = 200 каналов

Из года в год частота случаев отражения метровых волн от спорадического слоя меняется без определенной закономерности. Высота, на которой образуется слой, составляет 100--120 км. Она определяет максимальное расстояние связи, которое равно 2000--2500 км. Плотность ионизации слоя обусловливает максимальные рабочие частоты и минимальное расстояние связи, которое для метровых волн составляет не менее 1000 км и увеличивается с укорочением длины волны. Следовательно, прием метровых волн, отраженных от спорадического слоя, возможен на расстоянии примерно 1000--2500 км от передатчика. Связь осуществляется в то время, когда спорадический слой находится в средней части пути между передатчиком и приемником. Спорадический слой появляется над небольшой территорией, поэтому обычно одновременно существует связь только с одной станцией. Благодаря движению слоя через некоторое время оказывается возможной связь с другой станцией.

3. Рассмотрим наиболее распространенные антенны для метровых волн (а иногда и для средних волн), используемые как в качестве передающих, так и в качестве приемных.

Штыревая и вертикальная антенны. Переносные и передвижные радиостанции для работы на небольшие расстояния пользуются штыревой антенной, представляющей собой металлический вертикальный стержень, составленный из нескольких частей (колен) и установленный обычно на самой радиостанции (рис.8а).

Рисунок 8 -- Штыревая антенна и распределение тока в ней

Для увеличения дальности действия на верхушку штыря насаживается звездочка или метелка, которая несколько увеличивает емкость антенны и изменяет распределение тока в штыре. Без звездочки на верхнем конце штыря будет узел тока (I = 0), а при наличии звездочки узел тока сместится на концы ее лучей и, следовательно, на конце штыря ток и излучение не будут равны нулю (рис.8 б).

Противовесом для штыревой антенны обычно служит металлический корпус радиостанции.

Большую дальность действия дает вертикальная антенна в виде металлической мачты или в виде вертикального провода, подвешенного на деревянной мачте (рис. 9). Противовес для вертикальной антенны обычно делается из нескольких проводов, расположенных невысоко над землей.

Рисунок 9 -- Вертикальная антенна

Штыревая и вертикальная антенны не обладают направленным действием в горизонтальной плоскости. Антенны типа «диполь». Эти антенны у переносных радиостанций малой мощности представляют собой два провода одинаковой длины, растянутые в одну линию (рис. 10). Низко расположенный диполь дает наибольшее излучение и наилучший прием в направлении, в котором растянуты лучи, а наименьшее излучение и наихудший прием в направлении, перпендикулярном лучам.

Рисунок 10 -- Антенна типа «диполь»

При работе на малых расстояниях лучи диполя, если они сделаны из изолированного провода, могут даже быть растянуты на земле. Для повышения дальности действия луч, включенный в качестве антенны, поднимают в наклонное положение, и тогда максимальное излучение будет в сторону противовеса.

Для связи на больших расстояниях диполь располагают высоко над землей, а также применяют антенны, состоящие из нескольких вибраторов. Вибратор из тонкого провода обладает более высокой добротностью, а следовательно, узкой полосой частот пропускаемых колебаний. Если желательно расширить эту полосу, чтобы вибратор работал хорошо в пределах некоторого диапазона, его делают из стержней или трубок диаметром 10--30 мм.

Задание № 4

1. Построить структурную схему первичной магистральной телефонной сети. Указать принцип соединения станций на местных сетях, принцип соединения УАК 1, УАК 2 и АМТС между собой. На схеме разными цветами указать прямые и обходные пути между этими станциями.

2. Укажите нумерацию и тип линий используемых на заданных местных сетях.

Номер варианта	5
Количество зон семизначной нумерации абонентов	6
Количество УАК1 Количество УАК2 Количество АМТС	2 4 5
Количество АТС	2 УВС 8 АТС
Ёмкость сети, тыс	80
Тип сети	ГТС

Дано:

Количество зон семизначной нумерации абонентов - 6,

Количество УАК1 - 2,

Количество УАК2 - 4,

Количество АМТС - 5,

АТС:

Количество УВС - 2,

Количество АТС - 8,

Ёмкость сети - 80 тысяч,

Тип сети - ГТС.

Рисунок 11 - Структура ГТС

Задание № 5

1. Дать краткую сравнительную характеристику сотовым системам связи по своему варианту. Указать достоинства и недостатки указанных стандартов.

2. Привести функциональную схему сети сотовой связи. Перечислить элементы, входящие в состав сотовой связи и указать их назначение.

3. Рассчитать радиус зоны обслуживания R0, количество сот L, число базовых станций NБС, число кластеров n в заданной зоне обслуживания, расстояние D между центрами ячеек, в которых используются одинаковые полосы частот. Изобразите схему построения сети сотовой связи.

№вар.	Наименование стандарта	Зона обслуживания S, км2	Радиус рабочей зоны БС,R,км	Кол.БС в одном кластере,с	примечание
5	NMT- 450	39462,6	28,9	6	БС включить в дваЦК равномерно

1. Стандарт на аналоговые сотовые системы подвижной радиосвязи

NMT- 450 Скандинавских стран (The Nordic Mobile Telephone System) разработан совместно Администрациями связи Дании, Финляндии, Норвегии и Швеции для организации совместной радиотелефонной связи общего пользования в Скандинавских странах.

В NMT-450 подвижные станции полностью совместимы со всеми базовыми станциями системы независимо от страны. Все подвижные абоненты имеют возможность работать в любой стран, входящих в систему.

Система предназначена в основном для обслуживания наземных подвижных абонентов, однако, в некоторых случаях может обслужить также и абонентов морских подвижных служб на небольших расстояниях от берега.

Система обеспечивает:

- вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора как из подвижной станции, так и наоборот, в автоматическом режиме;

- возможность организации связи между подвижной станцией и любым абонентом стационарной телефонной сети или с любой другой подвижной станцией, включенной в систему, независимо от страны;

- возможность автоматического поиска подвижного абонента в пределах объединенных сетей (например, Скандинавских стран).

Принцип работы подвижной системы радиосвязи основан на взаимодействии с фиксированной телефонной сетью. В состав сетей подвижной связи входят:

MSC - центр коммутации подвижной связи:

BTS - базовые станции;

MS - подвижные станции.

Центр коммутации подвижной связи (MSC) обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи и является интерфейсом между подвижной станцией и фиксированной телефонной сетью.

Каждый MSC обслуживает группу базовых станций. Совокупность BTS, обслуживаемых одним MSC, образует зону обслуживания (TA - traffic area).

Система образована таким образом, что в зависимости от значимости абонентов она может им предоставлять некоторые преимущества, такие как сокращенный набор, приоритет и т.п.

На каждой базовой станции один канал используется как канал вызова, он маркируется специальным сигналом опознавания. Один или несколько других каналов, когда они свободны, маркируются другим сигналом, показывающим, что канал свободен. Подвижные станции, находящиеся в зоне действия базовой станции, постоянно работают на прием на канале вызова. Однако, при определенных обстоятельствах, MSC может допускать использование канала вызова для ведения разговора. Эта возможность может быть использована только в том случае, когда на базовой станции нет свободных каналов связи.

В дополнение к сигналам, различающим каналы вызова и каналы связи, имеются сигналы, определяющие зону обслуживания и страну, в которой находится подвижная станция, а также сигналы, обозначающие номер канала. Все служебные сигналы являются цифровыми и передаются со скоростью 1200/1800 бит/с FFSK модуляцией (Fast Frequency Shift Keying Нулю соответствует частота 1800 Гц, а единице 1200Гц). Сам разговор представляет аналоговый сигнал так, что его можно подслушать "обычным" приемником.

Рабочие частоты находятся в двух полосах: 453-457,5 МГц и 463-467,5 МГц, которые используются для радиосвязи между подвижной и базовой станциями и между базовой и подвижной станциями, соответственно.

Дуплексный разнос каналов приема и передачи в стандарте NMT-450 равен 10 МГц. Частотный разнос соседних каналов равен 25(20) кГц.

Так как общее число радиочастот, имеющихся в наличии в системе, ограничено, то для того, чтобы увеличить емкость системы связи предусматривается формирование малых зон связи ("малые ячейки"). Однако, как следствие, увеличивается вероятность достижения границы зоны обслуживания базовой станции к другой, управляемой тем же радиотелефонным коммутатором. Более того, выходная мощность передатчиков всех подвижных станций автоматически уменьшается по команде радиотелефонного коммутатора, когда станция входит в зону "малой ячейки".

Та же процедура уменьшения мощности используется для того, чтобы уменьшить помехи в случае, когда подвижные станции находятся близко от базовых станций с обычными зонами обслуживания.

Весь обмен сигналами между MSC и подвижной станцией осуществляется по каналу связи. Канал вызова, на котором продолжают работать на прием все остальные подвижные станции, готов к немедленной передаче следующего вызова.

Во время подачи вызова базовая станция (по команде MSC) постоянно излучает контрольный сигнал (тональный сигнал частотой около 4000 Гц) и посылает его в сторону подвижной станции, которая принимает его и вновь передает на базовую станцию. Принятый возвращенный сигнал детектируется и оценивается базовой станцией. Если качество передачи (отношение сигнал/шум, усредненное за некоторый промежуток времени) делает это необходимым, то базовая станция принимает решение о подключение другой базовой станции или о разъединении вызова. Базовые станции посылают информацию о результатах оценки отношения с/ш на MSC.

Типичный набор каналов на базовой станции: -6 каналов связи -1 канал вызова. Повтор каналов через две соты, т.е. один и тот же канал может использоваться двумя BS, разделенных двумя сотами.

2. Оборудование БС (базовой станции) состоит из контролёра базовой станции и приёмо-передающих антенн (БПСС). Каждая БС имеет раздельные антенны на передачу и приём, т.к. в сотовых сетях используется разнесённый приём. Контролёр БС (компьютер) обеспечивает управление работой базовой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в неё блоков и узлов. Все БС соединены с центром коммутации (ЦК) подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. ЦК-это автоматическая станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. ПС - подвижная станция (абонентские радиотелефоны).

Рисунок 12 - Схема сети сотовой связи

3. Рассчитать радиус зоны обслуживания R₀, количество сот L, число базовых станций N_БС, число кластеров n в заданной зоне обслуживания.

Дано:

S = 39462,6 км²;

R = 28,9 км;

C = 6;

Расчёт радиуса зоны обслуживания R₀, км производится по формуле:

R₀ = = = 112,105 км

Число сот L можно определить по формуле:

L = 1,21 = 1,21 ? 18 сот

Число БС равно числу сот, так как на каждую соту приходится одна базовая станция.

N_БС = L = 18

Соты группируются в кластеры. В одном кластере находится С базовых станций, работающих непосредственно в неповторяющихся диапазонах частот.

Расстояние D между центрами ячеек, в которых используются одинаковые полосы частот, рассчитывается по формуле:

D = = = = 39,5 км

радиосистема антенна телефонный связь

Литература

1. Зайончковский Е.А. и др. Автоматическая междугородная телефонная связь. - М.: Радио и связь, 1984.

2. Конспект лекций «Телекоммуникационные сети и системы» - Ташкент, ТУИТ, каф. ТС и СК, 2005.

3. Шувалов В.П. и др. Системы электросвязи. Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1987.

Размещено на Allbest.ru