Расчет бюджета канала связи
Eb/N0)прин — это принятое отношение энергии бита к спектральной плотности мощности шума, необходимое для получения заданной вероятности ошибки. Для задания максимальной доступной спектральной плотности мощности шума из любого источника достаточно задать температуру этого источника: Мы должны разработать систему, которая бы работала на второй рабочей точке. В нашем случае (Eb/N0)треб = 9 дБ при Рв… Читать ещё >
Расчет бюджета канала связи (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задание к проекту
1. Расчетная часть
1.1 Расчет бюджета канала связи
2. Разработка функциональной блок схемы радиопередающего устройства
2.1 Выбор модулятора и других функциональных узлов, выполненных в интегральном исполнении
2.2 Расчет каскадов умножения и усиления радиочастоты и цепей согласования
2.3 Расчет фильтров
Заключение
Задание к проекту
Таблица 1 — Исходные данные для расчета бюджета канала связи
Параметр | Обозначение | Значение | |
Скорость передачи данных, Мбит/с | R | ||
Необходимая ширина полосы канала, МГц | ?F | ||
Частота, МГц | f | ||
Дальность связи, км | d | ||
Другие потери, дБ | Le | ||
Шум-фактор приемника на входе антенны, дБ | FL | ||
Постоянная Больцмана, дБВт | k | — 228,6 | |
Потери реализации, дБ | Lx | 1.5 | |
Требуемое отношение Eb/N0, дБГц | |||
Резерв, дБ | m | ||
Количество информационных битов | k | ||
Длина блока (число канальных битов) | n | ||
Максимальное число битов, поддающихся исправлению | t | ||
Вероятность битовой ошибки с использованием кода, не более | Pbc | 2*10-11 | |
Таблица 2 — Дополнительные параметры радиопередающего устройства
Параметр | Значение | |
Ширина полосы по уровню минус 30 дБ, МГц | 1,2· ?F | |
Ширина полосы по уровню минус 60 дБ, МГц | 2· ?F | |
Относительный уровень побочных излучений (до 3 гармоники, включительно), дБ | — 60 | |
Относительный уровень побочных излучений (выше 3 гармоники), дБ | — 70 | |
Относительная нестабильность частоты, не хуже | 1· 10-7 | |
1. Расчетная часть
1.1 Расчет бюджета канала связи. Обоснование выбранного типа модуляции
Эффективность использования полосы частот R/?F=log2 M=2 бит/с, отсюда M= 4 — размер набора символов. Но для реальных каналов и сигналов производительность стоит понизить, чтобы учесть увеличение полосы пропускания, требуемое для создания реализуемых фильтров. На фоне остальных модуляций, QAM (когерентная квадратурная амплитудная модуляция) наиболее эффективно использует полосу частот. QAM-16 выбираем, исходя из требуемой ширины канала и вероятности ошибочного приема. В качестве передающей антенны по частоте приема выбираем антенну Omni TETRA Antenna TQJ-400E с частотным диапазоном 400−480 МГц и КНД 8,5 дБ. В качестве приемной антенны выбираем антенну ANLI A-300 MU с диапазоном частот 400−512 МГц и КНД 10 дБ. В качестве фидера выбираем HJ7RP-50A — коаксиальный кабель.
(1.1)
Где L0 — потери в тракте,
Эффективная излученная мощность относительно изотропного излучателя:
(1.2)
Где Dt — коэффициент выбранной нами передающей антенны,
Принятая изотропная мощность:
(1.3)
Мощность принятого сигнала:
(1.4)
Эффективная шумовая температура приемника:
(1.5)
Где ,
Та =300Ктемпература антенны;
W — шум-фактор приемника на входе антенны — мера того, насколько более шумным является рассматриваемое устройство.
Температура системы составляет:
Тs = Тr+Та; (1.6)
Для задания максимальной доступной спектральной плотности мощности шума из любого источника достаточно задать температуру этого источника:
N0 = k+Ts; (1.7)
Где k — постоянная Больцмана,
Принятое отношение Pr/N0:
(1.8)
(Eb/N0)прин — это принятое отношение энергии бита к спектральной плотности мощности шума, необходимое для получения заданной вероятности ошибки.
Принятое отношение Eb/N0:
(1.9)
Заданная достоверность системы у нас при (Eb/N0)треб = 9 дБ. Энергетический резерв линии связи, или запас прочности m = 2 дБ.
(1.10)
Мы должны разработать систему, которая бы работала на второй рабочей точке. В нашем случае (Eb/N0)треб = 9 дБ при Рв = 10-7, а (Eb/N0)прин = 15,138 дБ при
Рв = 2.10-11. Первая рабочая точка — требуемая системная достоверность передачи.
Рисунок 1 — Значения (Eb/N0)
Вероятность битовой ошибки при модуляции QAM:
(1.11)
где L=(M)0,5=4 — количество уровней амплитуды в одном измерении.
Q — гауссовый интеграл ошибок:
для х>3; (1.12)
Q (5,11) =1,60 810-7 => Pb =1,20 610-7 .
Проверяем, подходит ли выбранная модуляция нашей системе:
Pb- Pb.(1- Pb)n-1? Pbc; (1.13)
где n — количество информационных битов из кода БЧХ (127;64);
Pbc — вероятность битовой ошибки с использованием кода.
1,833.10-12? 2.10-11
Рассчитанное значение не превосходит заданное, следовательно, вид модуляции выбран правильно.
Скорость передачи данных с учетом скорости кода:
(1.14)
Ширина полосы канала:
(1.15)
2. Разработка функциональной блок схемы радиопередающего устройства
2.1 Выбор модулятора и других функциональных узлов, выполненных в интегральном исполнении
При скорости Rc = 31,75 Мбит/с и модуляции QAM-16 в качестве модулятора используем сборку микросхем AD9853 и AD8320. Модуляция происходит на частоте 31,75 МГц AD9853, а микросхема AD8320 переносит модулированный сигнал на частоту несущего колебания.
Выбираем синтезатор частот HMC700LP4 с параметрами:
Выходная частота: f = 0,2…8 ГГц.
Частота опорного: fоп = 0,2…200 МГц.
Выбираем опорный генератор RFPO30 с параметрами:
Выходная частота: 1…30 МГц.
Питание микросхемам будем подавать от опорных генераторов ADR366 и ADR365.
2.2 Расчет каскадов умножения и усиления радиочастоты и цепей согласования
Выбираем транзистор CGH40045, со следующими S-параметрами:
Расчет:
(2.12)
(2.13)
Проверяем условие безусловной устойчивости:
(2.14)
Коэффициент устойчивости:
(2.15)
Таким образом, усилитель безусловно устойчив. Определим максимальный коэффициент усиления по мощности:
(2.16)
Коэффициенты отражения на входе и выходе:
(2.17)
Сопротивление нагрузки и усилителя Z0 = 50 Ом.
(2.18)
Для i=1
Для i=2
Нормированные значения Z: Z1=0,051−0,2j, Z2=0,246−0,163j
Входная и выходная проводимости усилителя (нормированные значения):
(2.19)
(2.20)
Проводимость входной линии со стороны модулятора и со стороны нагрузки:
(2.21)
Фазовая скорость волны:
(2.23)
(2.24)
где — длина волны сигнала, проходящего через линию:
Длина шлейфа:
(2.25)
Расчет параметров линий с помощью диаграммы Смита:
Рисунок 2 — диаграмма Смита
Рассчитаем затухание линии. Считаем, что линия выполнена из серебра и имеет толщину t = 0,01 мм. Диэлектрик имеет толщину h = 1 мм, относительную диэлектрическую проницаемость = 10 и tg = 10-4, g (Ag)=0,941
(2.26)
Г
де еr-диэлектрическая постоянная, известная из справочника;
(2.27)
Определяем отношение ширины полоски к толщине диэлектрика:
(2.28)
Откуда щ=0,98 мм;
Эффективная диэлектрическая проницаемость:
(2.29)
(2.30)
Расчет затухания в диэлектрике:
(2.31)
(2.32)
(2.33)
Где
Тогда
(2.34)
(2.35)
Где
Тогда
Рассчитаем потери в металле учитывая, что 0,16 /h 2:
(2.36)
По (2.6)
2.3 Расчет фильтров
Рассчитаем геометрические размеры внутреннего проводника полосно-пропускающих фильтров на связанных линиях.
Граничные частоты по уровню затухания ап = 0,01 дБ равны f-п=390,5 МГц и
fп=409,5 МГц, по уровню ап = 30 дБ f-а=384 МГц и fа=415,9 МГц.
(2.37)
;
;
;
Число каскадно соединенных звеньев n=3; n+1=4;
Из таблицы определяем
g1=0,629; g2=0,970; g3=0,629;
Раcсчитаем g0 и g4:
(2.38)
Рассчитываем волновые сопротивление:
Для i=1,2,3,4 (2.39)
Волновое сопротивление для четного вида возбуждения:
(2.40)
Волновое сопротивление для нечетного вида возбуждения:
(2.41)
Относительные расстояния между полосками:
(2.42)
Относительные ширины полосок:
(2.43)
Расстояния между полосками:
(2.44)
радиопередающий модулятор интегральный фильтр
Ширины полосок:
(2.45)
Длина отрезков связанных линий:
(2.46)
Скорректируем длину l на величину l:
(2.47)
Скорректированная длина:
lс = l — l = 59,29 — 0,883 = 58,4 мм. (2.48)
Таблица 3 — Расчет фильтра
№ | W | |||||||
0,109 | 56,04 | 45,14 | 0,729 | 0,152 | 2,916 | 0,608 | ||
0,095 | 55,2 | 54,29 | 1,575 | 0,163 | 6,3 | 0,652 | ||
0,095 | 55,2 | 54,29 | 1,575 | 0,163 | 6,3 | 0,652 | ||
0,328 | 71,78 | 61,02 | 0,909 | 0,157 | 3,636 | 0,628 | ||
Заключение
В данном проекте я рассчитала бюджет канала связи и разработала принципиальную схему радиопередающего устройства, выбрала тип модуляции QAM-16. Передача ведется на частоте 400 МГц. При использования корректирующего кода БЧХ (127;64) вероятность битовой ошибки 1,833· 10-12, что не превышает заданной вероятности битовой ошибки. Выбрали микросхемы AD9853 и AD8320 в качестве цифрового модулятора, синтезатор частоты HMC700LP4, задающий генератор RFPO30. Также я рассчитала каскады умножения и усиления радиочастоты и фильтры.
1 Л. Г. Малорацкий, Л. Р. Явич. «Проектирование и расчет СВЧ-элементов на полосковых линиях». — М. «Советское радио», 1972. 232 с.
2 Бернард Скляр. «Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение». — М. Издательский дом «Вильямс», 2003. 1104 с.
3 А. Л. Фельдштейн. «Справочник по элементам волноводной технике». — М. «Советское радио», 1967. 650 с.