Расчет бюджета канала связи

Содержание

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

Список использованной литературы

Задание к проекту

Таблица 1 – Исходные данные для расчета бюджета канала связи

Параметр	Обозначение	Значение
Скорость передачи данных, Мбит/с	R	16
Необходимая ширина полосы канала, МГц	?F	8
Частота, МГц	f	400
Дальность связи, км	d	9
Другие потери, дБ	Le	7
Шум-фактор приемника на входе антенны, дБ	FL	30
Постоянная Больцмана, дБВт	k	-228,6
Потери реализации, дБ	Lx	1.5
Требуемое отношение Eb/N0, дБГц		9
Резерв, дБ	m	2
Количество информационных битов	k	127
Длина блока (число канальных битов)	n	64
Максимальное число битов, поддающихся исправлению	t	10
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 D_t – коэффициент выбранной нами передающей антенны,

Принятая изотропная мощность:

(1.3)

Мощность принятого сигнала:

(1.4)

Эффективная шумовая температура приемника:

(1.5)

Где ,

Т_а =300К- температура антенны;

W – шум-фактор приемника на входе антенны – мера того, насколько более шумным является рассматриваемое устройство.

Температура системы составляет:

Т_s = Т_r+Т_а; (1.6)

Для задания максимальной доступной спектральной плотности мощности шума из любого источника достаточно задать температуру этого источника:

N₀ = k+T_s; (1.7)

Где k – постоянная Больцмана,

Принятое отношение P_r/N₀:

(1.8)

(E_b/N₀)_прин – это принятое отношение энергии бита к спектральной плотности мощности шума, необходимое для получения заданной вероятности ошибки.

Принятое отношение E_b/N₀:

(1.9)

Заданная достоверность системы у нас при (E_b/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 (E_b/N₀)_треб = 9 дБ при Р_в = 10^-7, а (E_b/N₀)_прин = 15,138 дБ при

Р_в = 2^.10^–11. Первая рабочая точка – требуемая системная достоверность передачи.

Рисунок 1 – Значения (E_b/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) =1,60810^–7 => P_b =1,20610^–7 .

Проверяем, подходит ли выбранная модуляция нашей системе:

P_b– P_b^.(1– P_b)^n-1 ? P_bc; (1.13)

где n – количество информационных битов из кода БЧХ (127;64);

P_bc – 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 R_c = 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: f_оп = 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 а_п = 0,01 дБ равны f-п=390,5 МГц и

fп=409,5 МГц, по уровню а_п = 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:

l_с = l – l = 59,29 – 0,883 = 58,4 мм. (2.48)

Таблица 3 – Расчет фильтра

№							W
1	0,109	56,04	45,14	0,729	0,152	2,916	0,608
2	0,095	55,2	54,29	1,575	0,163	6,3	0,652
3	0,095	55,2	54,29	1,575	0,163	6,3	0,652
4	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.

Список литературы

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.