76237

Принцип когерентного и некогерентного детектирования АМ-колебаний

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Характеристиками детектора являются: детекторная частотная характеристики и коэффициент передачи. Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущей подводимой к нему.

Русский

2015-01-30

188.58 KB

22 чел.

Международная образовательная корпорация

Факультет Прикладных Наук

Реферат

на тему «Принцип когерентного и некогерентного  детектирования АМ-колебаний »

По дисциплине «Теория электрической связи»

Выполнила: студент группы

ФПН-РЭиТ(з)-4С* 

Джумагельдин Д

Проверила: Глухова Н.В 

Алматы, 2015

Содержание

І Введение

ІІ Основная часть

  1.  Методы детектирования и характеристики детекторов
  2.  Детектирование амплитудно-модулированных сигналов
  3.  Синхронное детектирование

ІІІ Заключение

ІV Список использованной литературы

Введение

Когерентное детектирование эта модуляция является самой помехоустойчивой из всех видов ФМн, то есть при использовании бинарной ФМн вероятность ошибки при приёме данных наименьшая. Однако каждый символ несет только 1 бит информации, что обуславливает наименьшую в этом методе модуляции скорость передачи информации.

В присутствии произвольного изменения фазы, введенного каналом связи, демодулятор не способен определить, какая точка созвездия соответствует 1 и 0. В результате данные часто дифференциально кодируются до модуляции.

Некогерентное детектирование. В случае некогерентного детектирования используется дифференциальная двоичная фазовая манипуляция. Двоичные данные часто передаются со следующими сигналами:

для двоичного «0»;

для двоичной «1»,

где  — частота несущего колебания.

Методы детектирования и характеристики детекторов

Характеристиками детектора являются: детекторная, частотная характеристики и коэффициент передачи.Детекторная характеристика представляет собой зависимость постоянной составляющей напряжения на выходе детектора от изменения информационного параметра несущей, подводимой к нему. При АМ информационным параметром является амплитуда, при ЧМ частота, при ФМ фаза.Идеальная характеристика является линейной  проходя через начало координат под углом a к оси абсцисс (рисунок 39). Реальная характеристика имеет отклонение, которые приводят к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 39 - Детекторная характеристика детектора

Частотная характеристика представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения Umu детектора от частоты модулирующего гармонического сигнала. Реальная характеристика имеет линейный характер и постоянна для Umu на всех частотах (рисунок 40). Отклонение реальной характеристики от идеальной приводит к частотным искажениям модулирующего сигнала. Также как и для модуляторов, по частотной характеристике определяют полосу пропускания детектора.

Рисунок 40 - Частотная характеристика детектора

Коэффициент передачи детектора определяется для гармонического модулирующего сигнала и равен отношению амплитуды гармонического сигнала Umu к амплитуде приращения информационного параметра несущей

Кд = Umu/?Um.                                                                             (27)

Коэффициент передачи детектора можно определить из детекторной характеристики:

Кд = ktg ?                                                                                     (28)

где k — масштабный коэффициент пропорциональности.

Детектирование амплитудно-модулированных сигналов

Некогерентный амплитудный детектор на диоде. Принципиальная электрическая схема некогерентного амплитудного детектора представлена на рисунке 41. В состав детектора включен нелинейный элемент — диод VD. Необходимость нелинейного элемента вызвана тем, что процесс детектирования связан с трансформацией спектра сигнала. Диаграммы поясняющие принцип работы модулятора представлены на рисунке 42.

Рисунок 41 - Принципиальная электрическая схема некогерентного амплитудного детектора на диоде

На диод поступает АМ сигнал SАМ(t), в спектре которого имеются составляющая несущего сигнала и боковые составляющие (рисунок 42, а). В спектре отклика диода uд(t) появляются новые составляющие: постоянная, составляющая модулирующего сигнала и высшие гармоники модулированного сигнала (рисунок  42, б). Элементы R1 C1 образуют фильтр низких частот, который шунтирует высокочастотные составляющие спектра отклика и тем самым выделяют составляющую модулирующего сигнала и постоянную составляющую uФНЧ(t) (рисунок  42, в). Разделительный конденсатор C2 задерживает постоянную составляющую спектра и в спектре выходного сигнала присутствует только составляющая модулирующего сигнала u(t) (рисунок  42, г).

Эффективное подавление высокочастотных составляющих фильтром низких частот детектора возможно при выполнении условия

Рисунок 42 - Процесс детектирования АМ сигналов

1/?0С1<< R1 << 1/?C1                                                                    (29)

где С1 и R1 элементы ФНЧ.

При детектировании разделяют два режима: квадратичный и линейный. При квадратичном режиме для детектирования сигналов используется нелинейный участок ВАХ диода, который аппроксимируется полиномом второй степени (рисунок 43). При данном режиме могут использоваться входные сигналы небольшой амплитуды, но при этом возникают большие нелинейные искажения сигнала.

Рисунок 43 - Режимы детектирования

При линейном режиме используется линейный участок ВАХ диода. При этом режиме входные сигналы должны иметь достаточно большую амплитуду, но при этом нелинейные искажения сигнала отсутствуют. Недостатком данного детектора является изменение отношения сигнал-помеха на выходе модулятора, что может привести к подавлению слабого сигнала сильной помехой. Поэтому при использовании данного детектора необходимо сначала подавлять помехи, а потом детектировать сигнал, т. е. применять додетекторную обработку сигнала. Коэффициент передачи амплитудного детектора определяется по выражению:

где R1 — сопротивление ФНЧ детектора;

Sср — средняя крутизна ВАХ диода.

Синхронное детектирование

Синхронное детектирование - это детектирование, при котором используется опорное колебание с частотой и фазой соответствующими частоте и фазе несущего колебания.Структурная электрическая схема синхронного детектора представлена на рисунке 44.

Рисунок 44 - Структурная электрическая схема синхронного детектора

На входы балансного или кольцевого модулятора поступают сигнал SАМ(t) и опорное колебание от генератора uг(t):

SАМ(t) = Um(1 + mАМ u(t)) cos (w0t +?0);

uг(t) = Umг cos (w0t + ?0).

На выходе модулятора формируется сигнал u1(t)

u1(t) = SАМ(t) ? uг(t) = Um (1 + mАМ u(t)) cos (w0t + j0)?

 ?Umг cos (w0t + ?0) = 0,5 Um Umг (1 + mАМu(t))?

?(1 + cos (2w0t + 2?0))                                                                  (31)

ФНЧ на выходе модулятора подавляет высокочастотные  и постоянную составляющие и выделяет составляющие модулирующего сигнала:

uвых(t) = 0,5 Um Umг mАМ u(t)                                                        (32)

Для получения опорного колебания с частотой и фазой несущего колебания используется блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Блок ФАПЧ выделяет несущее колебание из поступившего сигнала и подстраивает под его параметры генератор.Свойством и основным достоинством синхронного детектора является сохранение отношения сигнал-помеха на выходе детектора. Это объясняется тем, что данный детектор представляет собой преобразователь частоты, который переносит спектр сигнала в область низких частот без изменения формы сигнала и соотношений между составляющими спектра. Это свойство детектора позволяет применять последетекторную обработку сигнала.Синхронный детектор позволяет также детектировать балансно-модулированные и однополосно-модулированные сигналы. Однако в данном случае возникают трудности с получением информации о частоте и фазе несущего колебания, т. к. составляющая несущего колебания в спектре этих сигналов отсутствует. Поэтому для детектирования этих сигналов применяют два технических решения:

  1.  при детектировании используют пилот-сигнал, который представляет собой остаток несущего колебания и передается вместе с сигналом, а на приеме выделяется системой ФАПЧ;
  2.  при детектировании на приемной стороне используется высокостабильный опорный генератор который вообще не синхронизируется. Для детектирования используется местная несущая отличающаяся от передаваемой на ??. При этом возникает сдвиг частот в канале связи (рисунок 45). Если этот сдвиг не превышает 10 Гц для телефонного сигнала, то получатель его не ощущает. Отсюда следуют жесткие требования к стабильности генераторного оборудования систем связи с ОМ.

Рисунок 45 - Процесс сдвига частот в канале связи

Детектирование частотно-модулированных сигналов. Детектирование ЧМ сигналов может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме. Рассмотрим детектирование ЧМ сигналов при некогерентном приеме. В этом случае детектирование осуществляется в два этапа:

  1.  преобразование частотно-модулированного сигнала в амплитудно-частотно-модулированный сигнал (АЧМ);
  2.  детектирование АЧМ сигнала амплитудным детектором.

Принципиальная электрическая схема однотактного частотного детектора представлена на рисунке 46.

Рисунок 46 - Принципиальная электрическая схема однотактного частотного детектора

В данном детекторе в качестве преобразователя ЧМ сигнала в АЧМ осуществляется с помощью колебательного контура L1 C1. Контур расстроен относительно несущей частоты, т. е. его резонансная частота не равна частоте несущего сигнала (рисунок 47).При увеличении частоты ЧМ сигнала, она приближается к резонансной частоте контура ?рез и амплитуда колебания uК(t) возрастает. При уменьшении частоты ЧМ сигнала, она удаляется от резонансной частоты контура и амплитуда uК(t) уменьшается. Таким образом, на выходе контура колебание представляет собой модулированный сигнал, у которого изменяется и частота амплитуда и частота (АЧМ сигнал). Затем данный сигнал детектируется амплитудным детектором.

Рисунок 47 - Временные диаграммы частотного детектора

Детекторная характеристика данного детектора представлена на рисунке 48. Данная характеристика является нелинейной, а следовательно, при детектировании данным детектором модулирующий сигнал имеет нелинейные искажения.

Рисунок 48 - Детекторная характеристика однотактного частотного детектора

Для устранения нелинейных искажений используют балансную (двухтактную) схему частотного детектора (рисунок 49). В этом детекторе оба колебательных контура взаимно расстроены относительно несущей частоты и имеют различные резонансные частоты ?рез1 и ?рез2, характеристики контуров представлены на рисунке 50.

Рисунок 49 - Принципиальная электрическая схема балансного частотного детектора

Рисунок 50 - Частотная зависимость колебательных контуров балансного детектора

В результате получаем характеристику в, в которой имеется линейный участок между резонансными частотами ?рез1 и ?рез2, который и используется для детектирования. Детекторная характеристика детектора балансного детектора представлена на рисунке 51.

Рисунок 51- Детекторная характеристика балансного частотного детектора

Детектирование фазо-модулированных сигналов

Детектирование ФМ сигналов осуществляется при когерентном приеме. Детектирование этих сигналов осуществляется в два этапа:

  1.  преобразование ФМ сигнала в амплитудно-фазо-модулированный сигнал (АФМ);
  2.  детектирование АФМ сигнала амплитудным детектором.

Он представляет собой амплитудный детектор, в котором используется опорное колебание. Преобразование ФМ сигнала в АФМ сигнал осуществляется диодом VD. На диод подается два напряжения: опорное колебание uоп(t) с фазой ? = 0 и ФМ сигнал uфм(t). Напряжение диода определяется суммой этих напряжений:

uд(t) = uоп(t)+ uфм(t)                                                                      (33)

Формирование напряжения на диоде поясняется векторной диаграммой (рисунок 53). Допустим, в некоторый момент времени ФМ сигнал имеет значение фазы ?фм1 соответствующее наклону вектора uфм1, тогда напряжение на диоде будет соответствовать вектору uд1. В следующий момент времени фаза ФМ сигнала изменится, и будет соответствовать углу наклона ?фм2 вектора uфм2 (при этом длина вектора соответствует длине вектора uд1, т. к. амплитуда ФМ сигнала не изменяется).Напряжение на диоде в этот момент времени соответствует вектору uд2. Как видно из диаграммы, вектора uд1 и uд2 имеют различную длину, а соответственно и амплитуду.

Рисунок 53 - Формирование напряжений на диоде

Таким образом, на диоде происходит преобразование ФМ сигнала в АФМ сигнал. Одновременно с этим преобразованием диод осуществляет трансформацию спектра АФМ сигнала, и дальнейшее детектирование осуществляется аналогично детектированию однотактным амплитудным детектором. Детекторная характеристика однотактного фазового детектора представлена на рисунке 54. Как видно эта характеристика имеет нелинейный характер, что приводит к нелинейным искажениям модулирующего сигнала.

Рисунок 54 - Детекторная характеристика однотактного фазового детектора

Для уменьшения нелинейных искажений применяют балансный (двухтактный) фазовый модулятор (рисунок 55).

Данный детектор состоит из двух однотактных фазовых детекторов. Опорное напряжение uоп(t) подводится между средней точкой вторичной обмотки трансформатора (Т) и точками соединения резисторов R1 R2 и конденсаторов С1 С2. Напряжение ФМ сигнала uфм(t) подается через первичную обмотку трансформатора. Пусть в некоторый момент времени на вход детектора поступает сигнал uфм(t) с фазой ?(t) и полярностью напряжений соответствующей указанной на рисунке. При этом векторная диаграмма будет иметь вид (рисунок 56). Как видно из диаграммы, напряжение входного сигнала на каждом из диодов составляет половину от входного напряжения детектора uфм и эти напряжения противоположны по фазе. Напряжение на диодах определяется векторами uд1 и uд2. Как следует из диаграммы uд1 > uд2. Выходное напряжение каждого из однотактных детекторов будет определяться:

uвых1(t) = Кд Umд1;

uвых2(t) = Кд Umд2                                                                           (35)

где Кд — коэффициент передачи детектора.

Рисунок 56 - Формирование напряжений на диодах балансного фазового детектора

Поскольку эти напряжения противоположны, то выходное напряжения балансного детектора определяется:

uвых(t) = uвых1(t) - uвых2(t) = Кд (Umд1 - Umд2)                           (36)

Детекторная характеристика балансного детектора представлена на рисунке 57.

Рисунок 57 - Детекторная характеристика балансного фазового детектора

Как видно из характеристики при ?(t) = 90° и ?(t) = 180° выходное напряжение равно нулю, т. к. Umд1 = Umд2 и uвых1(t) = uвых2(t). Вблизи указанных углов характеристика имеет линейные участки, использование которых при детектировании позволяет исключить нелинейные искажения модулирующего сигнала.

Заключение

Подводя итоги хотел бы сказать детектирование - процесс выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания или сигнала. Детектирование может осуществляться при когерентном и некогерентном приеме сигналов. При когерентном приеме, при детектировании, используются данные о начальной фазе сигнала. При некогерентном приеме, при детектировании, не используются данные о начальной фазе сигнала. Детектирование осуществляется в устройствах — детекторах. Условное графическое обозначение детектора имеет вид:

Рисунок 38 - Условное графическое обозначение детектора: а) при когерентном приеме, б) при некогерентном приеме

Список использованной литературы

  1.  Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М.: Радио и связь, 1982.
  2.  Интернет ресурс http://conture.by/post/470
  3.  Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов. – М.: Мир, 1978
  4.  Теория электрической связи. Учебник для Вузов: под редакцией профессора Д.Д. Кловского, Радио и связь. - М.: 1999. - 532 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21178. Алгебраїчні доповнення. Обчислення детермінантів 341.5 KB
  Означення алгебраїчного доповнення елементу детермінанта. Такий детермінант називається алгебраїчним доповненням елемента даного детермінанта і позначається як : 6. Детермінант дорівнює сумі добутків елементів будьякого рядка детермінанта на їх алгебраїчні доповнення.3 Доведення: Додамо до кожного елементу mго рядка детермінанта 6.
21179. Ранг матриці. Елементарні перетворення матриці 204 KB
  Елементарні перетворення матриці. Визначення рангу матриці. Такий детермінант називається мінором матриці kго порядка.
21180. Системи лінійних алгебраїчних рівнянь загального виду. Теорія Кронекера-Капеллі. Метод Гаусса 237.5 KB
  Система називається сумісною якщо вона має хоча б один розв язок тобто хоча б один стовпець який перетворює рівняння 9.1 в тотожність і несумісною якщо вона не має розв язків. Система називається означеною якщо вона має один розв язок і неозначеною якщо вона має розв язків більше одного. Аналіз систем рівнянь повинен дати відповідь на два питання чи сумісна система тобто чи має вона розв язок і якщо сумісна то чи вона означена чи ні.
21181. Лінійні простори. Базис. Розмірність. Ізоморфізм просторів 366 KB
  Але наприклад множина додатніх чисел не утворює лінійного простору по відношенню до звичайних операцій додавання та множення бо в цьому разі нема протилежного числа воно повинно бути від€ємним а значить не буде належати цій множині. Але множина векторів з якої вилучені вектори колінеарні заданій прямій не утворює лінійного простору бо завжди можна знайти такі два вектори які в сумі дадуть вектор колінеарний цій прямій тобто сума не буде належати множині. 4 Множина матриць заданого розміру якщо додавання матриць та множення на...
21182. Перехід до нового базису. Орієнтація базиса. Скалярний добуток. Евклідовий простір 361.5 KB
  Орієнтація базиса. Перехід до нового базиса. Хай в пвимірному лінійному просторі вибрані два базиса: та .2 Таким же чином і кожний вектор базиса можна розкласти по базису : .
21183. Нормовані простори. Ортонормований базис. Процес ортогоналізації 336.5 KB
  Ортонормований базис. А значить в пмірному просторі п попарно ортогональних елементів можна брати як базис. Такий базис називається ортогональним. Ортонормований базис.
21184. Пряма на площині. Рівняння площини 385.5 KB
  Це є вектор перпендикулярний до прямої. Задання прямої за допомогою нормального вектора базується на теоремі про те що через задану точку можна провести лише одну пряму перпендикулярну заданій прямій. Пряма з нормальним вектором Умовою перпендикулярності прямої і вектора є рівність нулю скалярного добутку 14.3 повністю задає пряму тобто кожна поточна точка прямої відповідає цьому рівнянню.
21185. Векторний та змішаний добутки векторів. Площина та пряма в просторі 522 KB
  У множині геометричних векторів можна ввести так званий векторний добуток двох векторів коли кожній парі векторів співставляється третій вектор який і називається їх добутком: . Вектор направлений перпендикулярно площині в якій лежать вектори і і в таку сторону щоб трійка векторів складала праву трійку інакше кажучи щоб ці вектори були орієнтовані по правилу правої руки Рис.1 Векторний добуток векторів Довжина вектора визначається за формулою 15.
21186. Лінійні оператори. Матриця оператора 476.5 KB
  Лінійні оператори. Матриця оператора. Лінійні оператори.