무선 신호의 기본 매개변수. 조정

§ 신호 강도

§ 특정 신호 에너지

§ 신호 지속 시간 티신호가 존재하는 시간 간격을 결정합니다(0이 아님).

§ 동적 범위는 가장 높은 순간 신호 전력과 가장 낮은 신호 전력의 비율입니다.

§ 신호 스펙트럼 폭 F - 주 신호 에너지가 집중되는 주파수 대역.

§ 신호 베이스는 신호 지속 시간과 스펙트럼 폭의 곱입니다. 스펙트럼 폭과 신호 지속 시간 사이에는 반비례 관계가 있다는 점에 유의해야 합니다. 스펙트럼이 짧을수록 신호 지속 시간은 길어집니다. 따라서 베이스의 크기는 거의 변하지 않습니다.

§ 신호 대 잡음 비율은 유용한 신호 전력 대 잡음 전력(S/N 또는 SNR)의 비율과 같습니다.

§ 전송되는 정보의 양은 신호 전송에 필요한 통신 채널 대역폭을 나타냅니다. 이는 신호 스펙트럼 폭과 지속 시간 및 동적 범위의 곱으로 정의됩니다.

§ 에너지 효율성(잠재적 잡음 내성)은 기호 시퀀스가 ​​이상적인 복조기에 의해 복원되는 경우 신호가 추가 백색 가우스 잡음에 노출될 때 전송된 데이터의 신뢰성을 나타냅니다. 이는 지정된 오류 확률을 초과하지 않는 오류 확률을 가진 채널을 통해 데이터를 전송하는 데 필요한 최소 신호 대 잡음비(E b /N 0)에 의해 결정됩니다. 에너지 효율성은 허용 가능한 작동에 필요한 최소 송신기 전력을 결정합니다. 변조 방법의 특징은 에너지 효율 곡선입니다. 이는 신호 대 잡음비(E b /N 0)에 대한 이상적인 복조기의 오류 확률의 의존성입니다.

§ 스펙트럼 효율성 - 무선 채널의 사용된 대역폭에 대한 데이터 전송 속도의 비율입니다.

• AMPS: 0.83
• NMT: 0.46
• GSM: 1.35

§ 전송 채널의 영향에 대한 저항은 신호가 특정 왜곡(다중 경로 전파로 인한 페이딩, 대역 제한, 주파수 또는 시간 집중 간섭, 도플러 효과 등)에 노출될 때 전송된 데이터의 신뢰성을 나타냅니다.

§ 증폭기 선형성에 대한 요구 사항. 특정 유형의 변조로 신호를 증폭하려면 비선형 클래스 C 증폭기를 사용할 수 있습니다. 이는 송신기의 전력 소비를 크게 줄이는 동시에 대역 외 방사 수준은 허용 한계를 초과하지 않습니다. 이 요소는 이동 통신 시스템에 특히 중요합니다.

조정(라틴어 변조 - 규칙성, 리듬) - 저주파 정보 신호(메시지)의 법칙에 따라 고주파 반송파 발진의 하나 또는 여러 매개변수를 변경하는 프로세스입니다.

전송된 정보제어(변조) 신호에 내장되어 있으며 정보 캐리어의 역할은 캐리어라고 불리는 고주파 발진에 의해 수행됩니다. 따라서 변조는 알려진 반송파에 정보 진동을 "착륙"시키는 프로세스입니다.

변조 결과, 저주파 제어 신호의 스펙트럼이 고주파수 영역으로 전달됩니다. 이를 통해 방송을 구성할 때 서로 "간섭"하지 않도록 서로 다른 주파수에서 모든 수신 및 전송 장치의 기능을 구성할 수 있습니다.

다양한 모양의 진동(직사각형, 삼각형 등)을 사용할 수 있지만 조화 진동이 가장 많이 사용됩니다. 반송파 발진의 어떤 매개변수가 변경되는지에 따라 변조 유형(진폭, 주파수, 위상 등)이 구별됩니다. 이산 신호를 사용한 변조를 디지털 변조 또는 키잉이라고 합니다.

5번 강의

티 문제 번호 2: DISCRETE 메시지 전송

강의 주제: 디지털 무선 신호 및 그

특징 소개

데이터 전송 시스템의 경우 전송된 정보의 신뢰성에 대한 요구 사항이 가장 중요합니다. 이를 위해서는 정보 전송 및 수신 프로세스에 대한 논리적 제어가 필요합니다. 이는 디지털 신호를 사용하여 정형화된 형태로 정보를 전송할 때 가능해집니다. 이러한 신호를 사용하면 요소 기반을 통합하고 노이즈 내성을 크게 향상시키는 수정 코드를 사용할 수 있습니다.

2.1. 개별 메시지 전송 이해

현재 소위 디지털 통신 채널은 일반적으로 개별 메시지(데이터)를 전송하는 데 사용됩니다.

메시지 전달자 디지털 채널인연이 나온다 디지털 신호또는 무선 통신 회선을 사용하는 경우 무선 신호. 이러한 신호의 정보 매개변수는 진폭, 주파수 및 위상입니다. 관련 매개변수 중에서 고조파 진동의 위상이 특별한 위치를 차지합니다. 수신 측의 고조파 진동 위상을 정확하게 알고 있고 이를 수신 중에 사용하는 경우 해당 통신 채널이 고려됩니다. 일관성 있는. 안에 일관되지 않은통신 채널에서는 수신측 고조파 진동의 위상을 알 수 없으며 0~2 범위에서 균일한 법칙에 따라 분포한다고 생각됩니다.  .

전송 시 개별 메시지를 디지털 신호로 변환하고, 수신 시 디지털 신호를 개별 메시지로 변환하는 과정이 그림 2.1에 설명되어 있습니다.

그림 2.1. 전송 중에 개별 메시지를 변환하는 프로세스

여기서는 개별 메시지를 디지털 무선 신호로 변환하고 다시 변환하는 기본 작업이 일반화된 신호에 해당한다는 점을 고려합니다. 구조도지난 강의에서 논의한 개별 메시지 전송 시스템(그림 3 참조). 디지털 무선 신호의 주요 유형을 고려해 봅시다.

2.2. 디지털 무선 신호의 특성

2.2.1. 진폭 편이 키잉(AMK) 무선 신호

진폭 조작(AMn).특정 순간에 대한 AMn 신호의 분석적 표현 티형식은 다음과 같습니다.

에스 오전 (티, )=A 0  (티) 코사인(  티 ) , (2.1)

어디 ㅏ 0 ,   그리고  - AMn 무선 신호의 진폭, 순환 반송파 주파수 및 초기 위상,  (티) - 1차 디지털 신호(이산 정보 매개변수).

또 다른 형태의 표기법이 자주 사용됩니다:

에스 1 (티) = 0 ~에  = 0,

에스 2 (티) =A 0 코사인(  티 ) 에  = 1, 0  티 티,(2.2)

이는 1클럭 간격과 동일한 시간 동안 AMN 신호를 분석할 때 사용됩니다. 티. 왜냐하면 에스(티) = 0에서  = 0이면 AMn 신호는 종종 수동 정지 신호라고 불립니다. AMS 무선 신호의 구현은 그림 2.2에 나와 있습니다.

그림 2.2. AMS 무선 신호 구현

AMS 신호의 스펙트럼 밀도는 반송파 주파수에서 연속 성분과 이산 성분을 모두 갖습니다.   . 연속 성분은 전송된 디지털 신호의 스펙트럼 밀도를 나타냅니다.  (티), 반송파 주파수 영역으로 전송됩니다. 스펙트럼 밀도의 이산 성분은 신호의 초기 위상이 일정한 경우에만 발생한다는 점에 유의해야 합니다.  . 실제로는 다양한 불안정 요인으로 인해 신호의 초기 위상이 시간에 따라 무작위로 변경되기 때문에 일반적으로 이 조건이 충족되지 않습니다. 무작위 과정이다  (티) 간격 [-]에 균일하게 분포됩니다.  ;  ]. 이러한 위상 변동이 있으면 개별 구성 요소가 "흐리게" 됩니다. 이 기능은 다른 유형의 조작에도 일반적입니다. 그림 2.3은 AMn 무선 신호의 스펙트럼 밀도를 보여줍니다.

그림 2.3. 무작위적이고 균일한 AMn 무선 신호의 스펙트럼 밀도

간격 [-  ;  ] 초기 단계 

AMn 무선 신호의 평균 전력은 다음과 같습니다.
. 이 전력은 스펙트럼 밀도의 연속 성분과 이산 성분 사이에 균등하게 분배됩니다. 결과적으로 AMS 무선 신호에서 유용한 정보의 전송으로 인한 연속 성분은 송신기에서 방출되는 전력의 절반만을 차지합니다.

AMS 무선 신호를 생성하려면 일반적으로 전송되는 기본 디지털 신호의 법칙에 따라 무선 신호의 진폭 레벨을 변경하는 장치가 사용됩니다.  (티)(예: 진폭 변조기)

정보 교환 원칙에 따라 세 가지 유형의 무선 통신이 있습니다.

단순 무선 통신;

이중 무선 통신;

반이중 무선 통신.

무선 통신 채널에 사용되는 장비 유형에 따라 다음 유형의 무선 통신이 구별됩니다.

전화;

전신;

데이터 전송;

복사;

텔레비전;

라디오 방송.

사용되는 무선 통신 채널의 유형에 따라 다음 유형의 무선 통신이 구별됩니다.

표면파;

대류권;

전리층;

유성;

공간;

라디오 중계.

문서화된 무선 통신 유형:

전신통신;

데이터 전송;

팩스 통신.

전신 통신 - 영숫자 텍스트 형식으로 메시지를 전송합니다.

사람과 컴퓨터 간 또는 컴퓨터 간 공식화된 정보 교환을 위한 데이터 전송입니다.

전기 신호에 의한 정지 이미지 전송을 위한 팩시밀리 통신.

1 – 텔렉스(Telex) – 전자 메모리가 있는 타자기를 사용하여 조직 및 기관 간에 서면 서신을 교환합니다.

2 – 텔레(비디오) 텍스트 – 컴퓨터에서 모니터로 정보를 수신합니다.

3 – 텔레(국) 팩스 – 팩스 기기는 (사용자 또는 기업으로부터) 수신에 사용됩니다.

다음 유형의 무선 통신 신호가 무선 네트워크에서 널리 사용됩니다.

A1 - 연속 진동 조작이 가능한 AT;

A2 - 톤 변조 진동 조작

ADS - A1(B1) - OM(캐리어 50% 포함)

AZA - A1(B1) - OM(캐리어 10% 포함)

AZU1 - A1(Bl) - 캐리어 없는 OM

3. 다양한 범위의 전파 전파의 특징.

미리아미터, 킬로미터, 헥토미터 범위의 전파 전파.

특정 범위의 전파 전파 특성을 평가하려면 전파가 전파되는 물질 매체의 전기적 특성을 알아야 합니다. 지구와 대기의 ε A를 알고 있습니다.

미분 형태의 총 현행법은 다음과 같이 명시합니다.

저것들. 시간이 지남에 따라 자기 유도 플럭스가 변화하면 전도 전류와 변위 전류가 나타납니다.

물질 환경의 특성을 고려하여 이 방정식을 작성해 보겠습니다.

λ < 4 м - диэлектрик

4m< λ < 400 м – полупроводник

λ > 400m – 도체

해수:

λ < 3 м - диэлектрик

3cm< λ < 3 м – полупроводник

λ > 3m – 도체

미리미터파(SVD)의 경우:

λ = 10 ¼ 100km f = 3 ¼ 30kHz

및 킬로미터(DV):

λ = 10 ¼ 1km f = 30 ¼ 300kHz

범위, 전기적 매개 변수의 지구 표면은 이상적인 도체에 접근하고 전리층은 가장 높은 전도성과 가장 낮은 유전 상수를 갖습니다. 지휘자와 가깝습니다.

RV 범위 VLF 및 LW는 표면에서 반사되어 실제로 지구와 전리층을 관통하지 않으며 표면 및 공간파에 의한 상당한 에너지 손실 없이 상당한 거리에 걸쳐 자연 무선 경로를 따라 전파될 수 있습니다.

왜냐하면 VHF 범위의 파장은 전리층의 하부 경계까지의 거리에 비례하기 때문에 단순 표면파의 개념은 그 의미를 잃습니다.

RV 전파 과정은 구형 도파관에서 발생하는 것으로 간주됩니다.

내부면 - 접지

외부면(밤에는 E층, 낮에는 D층)

도파관 공정은 에너지 손실이 미미한 것이 특징입니다.

최적의 RV – 25 ¼ 30km

임계 RV(강한 감쇠) - 100km 이상.

고유 현상: - 페이딩, 라디오 에코.

서로 다른 경로를 이동하고 수신 지점에서 서로 다른 위상을 갖는 RV의 간섭으로 인해 페이딩(페이딩)이 발생합니다.

표면파와 공간파가 수신 지점에서 역위상이면 이는 페이딩입니다.

공간파가 수신 지점에서 역위상이면 이는 훨씬 희미해집니다.

무선 에코는 전리층에서 여러 번 반사된 파동(근거리 무선 에코) 또는 지구를 돌지 않고 수신 지점에 도달한 파동(원거리 무선 에코)을 순차적으로 수신한 결과로 신호가 반복되는 것입니다.

지구 표면은 안정된 특성을 가지고 있으며 전리층 이온화 조건이 측정되는 장소는 RV VLF 범위의 전파에 거의 영향을 미치지 않으며 무선 신호 에너지의 양은 하루, 일년, 그리고 1년 동안 거의 변하지 않습니다. 극한 상황.

km 파 범위에서는 표면파와 공간파 모두(낮과 밤 모두) 잘 표현되며, 특히 파동 λ> 3km에서 더욱 그렇습니다.

방출될 때 표면파는 3~4도 이하의 앙각을 가지며, 공간파는 지구 표면에 대해 큰 각도로 방출됩니다.

RV km 범위의 임계 입사각은 매우 작습니다(낮에는 D층, 밤에는 E층). 90°에 가까운 앙각을 가진 광선은 전리층에서 반사됩니다.

km 범위의 표면파는 회절 능력이 뛰어나 최대 1000km 이상의 거리에서 통신을 제공할 수 있습니다. 그러나 이러한 파동은 거리에 따라 크게 감쇠됩니다. (1000km에서는 표면파가 공간파보다 강도가 약합니다.)

매우 먼 거리에서는 공간 km파를 통해서만 통신이 수행됩니다. 표면파와 공간파의 강도가 동일한 영역에서는 거의 페이딩이 관찰됩니다. km 파의 전파 조건은 계절, 태양 활동 수준과 실질적으로 무관하며 낮 시간에 약하게 의존합니다 (밤에는 신호 수준이 더 높습니다).

km 범위의 수신은 강한 대기 간섭(뇌우)으로 인해 거의 저하되지 않습니다.

CM(LW)km에서 헥토미터 범위로 이동하면 지구와 전리층의 전도도가 감소합니다. 지구의 ε은 대기의 ε에 접근합니다.

토지 손실이 증가하고 있습니다. 파도는 전리층 깊숙이 침투합니다. 수백 km의 거리에서는 공간파가 지배하기 시작합니다. 표면의 것들은 지구에 흡수되어 약화됩니다.

약 50~200km 거리에서는 표면파와 하늘파의 강도가 동일하며 단거리 페이딩이 발생할 수 있습니다.

동결은 빈번하고 깊습니다.

λ가 감소함에 따라 차단 지속 시간이 감소함에 따라 페이딩 깊이가 증가합니다.

페이딩은 100m보다 큰 λ에서 특히 강합니다.

페이딩의 평균 지속 시간은 수 초(1초)에서 수십 초까지입니다.

헥토미터 범위(HF)의 무선 통신 조건은 계절과 시간에 따라 달라집니다. D층은 사라지고 E층은 더 높아지며 D층에서는 흡수가 크다.

밤에는 낮보다 통신 범위가 더 넓습니다.

겨울에는 전리층의 전자 밀도 감소로 인해 수신 상태가 개선되고 대기 장에서는 약화됩니다. 도시에서는 수신이 산업 간섭에 크게 의존합니다.

확산RV- 데카미터 범위(HF).

SW에서 HF로 이동할 때 지상의 손실은 크게 증가하지만(접지는 불완전한 유전체임) 대기(전리층)에서는 감소합니다.

자연적인 HF 무선 경로의 표면파는 중요성이 낮습니다(약한 회절, 강한 흡수).

2.1.1.결정적 및 무작위 신호

결정적 신호는 어느 시점의 순시값을 1과 같은 확률로 예측할 수 있는 신호입니다.

결정론적 신호(그림 10)의 예는 펄스 시퀀스(알려진 모양, 진폭 및 시간 위치), 주어진 진폭-위상 관계를 갖는 연속 신호일 수 있습니다.

MM 신호 지정 방법: 분석적 표현(공식), 오실로그램, 스펙트럼 표현.

결정론적 신호의 MM의 예입니다.

s(t)=Sm ·Sin(w 0 t+j 0)

무작위 신호– 언제든지 그 순간값을 미리 알 수 없지만 1보다 작은 특정 확률로 예측할 수 있는 신호입니다.

무작위 신호(그림 11)의 예는 사람의 말이나 음악에 해당하는 전압일 수 있습니다. 레이더 수신기 입력의 무선 펄스 시퀀스; 간섭, 소음.

2.1.2. 무선 전자 장치에 사용되는 신호

크기(레벨)가 연속적이고 시간이 연속(연속 또는 아날로그) 신호– 임의의 값 s(t)를 취하고 주어진 시간 간격 내 어느 순간에 존재합니다(그림 12).

크기는 연속적이고 시간 신호는 이산적입니다.이산적 시간 값(셀 수 있는 점 집합)으로 지정되면 이 점에서 신호의 크기 s(t)는 세로축을 따라 특정 간격의 값을 취합니다.

"이산"이라는 용어는 시간 축에서 신호를 지정하는 방법을 특징으로 합니다(그림 13).

크기 양자화 및 시간 연속 신호전체 시간 축에 대해 지정되지만 s(t) 값은 이산(양자화) 값만 취할 수 있습니다(그림 14).

크기 양자화 및 시간 이산(디지털) 신호– 신호 레벨 값은 디지털 형식으로 전송됩니다(그림 15).

2.1.3. 펄스 신호

맥박- 유한한 시간 내에만 존재하는 진동입니다. 그림에서. 도 16 및 도 17은 비디오 펄스와 무선 펄스를 도시한다.

사다리꼴 비디오 펄스의 경우 다음 매개변수를 입력합니다.

A – 진폭;

t 및 - 비디오 펄스 지속 시간;

t f – 전면 기간;

t cf – 절단 기간.

S р (t)=S in (t)Sin(w 0 t+j 0)

S in (t) -비디오 펄스 – 무선 펄스의 엔벨로프입니다.

죄(w0t+j0) –라디오 펄스를 채우는 중입니다.

2.1.4. 특수 신호

스위칭 기능(단일 기능(그림 18) 또는 헤비사이드 기능)일부 물리적 객체가 "0" 상태에서 "단위" 상태로 전환되는 과정을 설명하며, 이 전환은 즉시 발생합니다.

델타 함수(Dirac 함수)펄스의 높이는 무한정 증가하는 반면 지속 시간은 0이 되는 펄스입니다. 이 지점에 기능이 집중되어 있다고 말하는 것이 관례입니다.

	(2)
	(3)

진폭 변조(AM)는 정보를 고주파 발진에 통합하는 무선 공학에서 가장 간단하고 일반적인 방법입니다. AM의 경우, 반송파 발진의 진폭 포락선은 전송된 메시지의 변화 법칙과 일치하는 법칙에 따라 변하는 반면, 발진의 주파수와 초기 위상은 변하지 않고 유지됩니다. 따라서 진폭 변조 무선 신호의 경우 일반 식 (3.1)은 다음과 같이 대체될 수 있습니다.

봉투 A(t)의 특성은 전송되는 메시지 유형에 따라 결정됩니다.

지속적인 통신(그림 3.1, a)을 통해 변조된 진동은 그림 3.1에 표시된 형태를 취합니다. 3.1, 나. 엔벨로프 A(t)는 변조 기능, 즉 전송된 메시지 s(t)와 모양이 일치합니다. 그림 3.1, b는 함수 s(t)의 상수 구성 요소가 0과 같다는 가정하에 구성됩니다(반대의 경우 변조 중 반송파 발진의 진폭이 변조되지 않은 발진의 진폭과 일치하지 않을 수 있음). A(t) “down”의 가장 큰 변화는 . 원칙적으로 "상향" 변화는 더 커질 수 있습니다.

진폭 변조 발진의 주요 매개 변수는 변조 계수입니다.

쌀. 3.1. 변조 함수(a) 및 진폭 변조 진동(b)

이 개념의 정의는 변조 기능이 조화 진동인 경우 톤 변조의 경우 특히 명확합니다.

변조된 진동의 포락선은 다음과 같은 형식으로 표현될 수 있습니다.

변조 주파수는 어디에 있습니까? - 엔벨로프의 초기 단계; - 비례 계수; - 엔벨로프 변화의 진폭(그림 3.2).

쌀. 3.2. 고조파 함수에 의해 진폭이 변조된 진동

쌀. 3.3. 펄스열에 의해 변조되는 진동 진폭

태도

변조 계수라고 합니다.

따라서 변조된 진동의 순간값은

왜곡되지 않은 변조의 경우 진동의 진폭은 최소에서 최대까지 다양합니다.

진폭의 변화에 ​​따라 고주파수 기간 동안 변조된 진동의 평균 전력도 변경됩니다. 포락선의 피크는 반송파 발진 전력보다 1~4배 더 큰 전력에 해당합니다. 변조 기간 동안의 평균 전력은 진폭 A(t)의 평균 제곱에 비례합니다.

이 전력은 캐리어 진동의 전력을 한 가지만 초과합니다. 따라서 100% 변조(M = 1)의 경우 피크 전력은 평균 전력(캐리어 진동의 전력은 다음으로 표시됨)과 같습니다. 이는 기본적으로 수신 시 메시지 분리 조건을 결정하는 변조로 인한 발진 전력의 증가가 최대 변조 깊이에서도 반송파 발진 전력의 절반을 초과하지 않음을 보여줍니다.

펄스와 정지가 교대로 나타나는 개별 메시지를 전송할 때(그림 3.3, a), 변조된 진동은 그림 3.3에 표시된 일련의 무선 펄스 형태를 취합니다. 3.3, 나. 이는 각 펄스의 고주파수 충전 위상이 하나의 연속 고조파 진동에서 "절단"될 때와 동일함을 의미합니다.

그림에 표시된 이 조건에서만 가능합니다. 그림 3.3b에서 무선 펄스의 시퀀스는 진폭만 변조된 진동으로 해석될 수 있습니다. 위상이 펄스에서 펄스로 변경되면 혼합 진폭-각 변조에 대해 이야기해야 합니다.