Муравьев В.В., Липкович Э.Б. Спутниковые и радиорелейные системы передачи

Подождите немного. Документ загружается.

единствеподходакпостроениювнешнихблоковсемействасистемЦРРСПотдель

ные модели отличаются только диапазоном рабочих частот. Конструктивно ODU

приспособленыдляработывширокомдиапазонетемператур(

С ° + - 5045K

),имеют

малыеразмерыивес(4…8кг)иобычнокрепятсянатыльнойсторонеантенныили

соединяютсяснейгибкимволноводом.

6.2.2Структурнаясхемавнутреннегоблокацифровойстанциирадиоре

лейнойсвязи

В настоящее время разработано и прошло процедуру сертификации доста

точно большое число российских и зарубежных ЦРРСП (около 200). Популярны

средиоператоровсистемсемействацифровыхстанцийPasolink(корпорацияNEC),

Minilink

ТМ

(корпорацияERICSSON),NokiaFlexiHopper,9600USYи9600LSY(Al

catel),Радиан(Россия)идр.

Всецифровыестанциипредставляютоператорамгибкийинадежныйспособ

организации связи и возможность наращивать емкость сети в процессе эксплуата

ции.Обычновсемействорадиостанцийвходитцелыйрядмоделей,предназначен

ныхдляработывразныхдиапазонахволнот2до40ГГцсразнойпропускнойспо

собностьюиспектральнойэффективностью.

Несмотря на большую номенклатуру цифровых радиорелейныхстанций их

концепцияпостроениянауровняхвнешнегоивнутреннегоблоковвомногомсхожа.

На рисунке 6.4 приведена типовая структурная схема внутреннего блока

цифровойрадиорелейнойстанции.

УС М

Кодер

ПУкод.

Скр

Преобр

кода

MUXРеген. ПФ1

ПК

УС DMUX Дескр.

Деко

дер

Реген. Дм УПЧ ПФ 2

См

сдв ига

генр

ОГ

блокуправления

режимамиПмПд

Устрво

РОС

МП

Устрва

синхр.

Устрва

ТУ

вв одданны х

310МГц

70МГц

от

аппры

ИКМ

к

аппре

ИКМ

1

N

1 1

11

N N

70МГц

310МГц

380МГц

ЭК

Рисунок6.4–СтруктурнаясхемаIDUЦРРСП.

ВнутреннийблокIDU состоит из передающего иприемноготрактов.Уста

новленныенавходеивыходеэтихтрактовустройствасопряжения(УС)служатдля

согласованияпараметровIDUстранспортнымилиниямиврамкахпротоколаG.703

МСЭТ.Устройствасопряжениявзависимостиотназначениямогутбытьэлектри

ческимиилиоптическими(G.957).Принятыецифровыепотокиданныхпреобразу

ютсяизквазитроичногокодаHDB3вдвоичныйкодNRZипроходятустройстваре

генерации цифровыхсигналов. Регенераторы (рис.6.5) исключаютлинейные иска

жения, внесенные кабелем. Они выделяют тактовую частоту цифровых потоков с

помощьювыделителятактовой частоты(ВТЧ)ивосстанавливаютамплитуду,дли

тельностьифронтимпульснойпоследовательностиспомощьюрешающего(РУ)и

формирующегоустройств(ФУ).

После регенерации цифровые потоки объединяются в мультиплексоре

(MUX),которыйпредставляетсобойпрограммируемыйпроцессор.Объединениюв

MUX подлежат также сигналы синхронизации и телеуправления. В MUX обычно

содержитсябуфернаяпамять,данныеизкоторойсчитываютсявпоследовательном

коде. Следующий заMUXпреобразователькода (ПК) служит дляпреобразования

одного вида цифровой последовательности в другой. Например, в относительный

код.

Коррек

тор

РУ Ф У

АРУ ВТЧ

Выход

Рисунок6.5–Простейшаясхемарегенератора

Скремблер(рандомизаторилиперемешиватель)выполняетфункциюформи

рованияизисходногосигналапсевдослучайнойпоследовательности,укоторойко

личество нулей и единиц в потоке примерно равное. Благодаря скремблированию

упрощаетсяпроцедуравыделениятактовойчастотынаприемнойсторонеиобеспе

чиваетсянавыходепередатчикаравномерныйспектррадиосигнала.Последнееоб

стоятельствопозволяетулучшитьэлектромагнитнуюсовместимостьрадиосредств.

Канальныйкодерслужитдляповышенияпомехоустойчивостисистемы.Ко

дированиеможетбытьодноступенчатым(сиспользованиемкодаРидаСоломона)и

двухступенчатым(сверточное иблочное).За счет внесенной избыточностиосуще

ствляетсяпрямоеисправлениеошибоки,следовательно,улучшаетсядостоверность

приема.ПриналичиикодированиятребуемоезначениеОНШ,прикоторомдостига

етсязаданнаявероятностьошибкинабит,снижается.Послекодированияцифровой

потокпоступаетнамодулятор(М),которыйформируетрадиопосылкина несущей

310f МГц

= сдлительностью Т

с

.Каждаярадиопосылкаимеетопределенноезна

чениеначальнойфазы(приМФМилиМКАМ).ЕслииспользуетсяQPSK(4ФМ)

илиDQPSK модуляцияамплитударадиопосылокнеменяется,т.е.передаетсярадио

сигнал с постоянной огибающей. При МКАМ в зависимости от сочетания бит в

символеизменяетсякакфаза,такиамплитударадиопосылок.Такимобразом,раз

личнымипризнакамисоставабитвсимволеявляютсязначенияфазиамплитудра

диопосылок модулированного сигнала.На выходе модулятора обычно содержатся

двебоковыеполосы,спектркоторыхограничиваютполосовымфильтромПФ1.Да

лее радиосигнал на частоте несущей через устройство разделения и объединения

сигналов(РОС),исоединительныйкабельпоступаетнавнешнийблок.НаРОСтак

жепоступаюткомандыдляуправлениярежимамиблокаODU.

ВприемномтрактеIDUпроисходитвыделениерадиосигналаспромежуточ

нойчастотой70МГц,которыйпоступилпосоединительномукабелюизвнешнего

блока.Этотсигналчерезэлектронныйключ(ЭК)проходитустройствафильтрации

(ПФ2),усиления(УПЧ)идемодуляции(ДМ).ЭКслужитдляорганизацииперехода

нарежимконтроляработоспособностиблокаIDU.В режимеконтроля включается

смесительсдвигаигенератор,которыеформируютсигналчастоты70МГцизсиг

нала 310МГц. Если в режиме шлейфа выходной уровень соответствует норме, то

устройстваблокаIDUисправны.

После демодулятора (Дм) выделенная цифроваяпоследовательностьпрохо

дит регенератор, в котором восстанавливается форма двоичных импульсов. Далее

цифровойсигналпоступаетнабокисправленияошибок.Вчастности,прииспользо

ваниисверточногокодированиясигналпоступаетнадекодермаксимальногоправ

доподобияВитерби.Этотдекодерначинаетисправлятьошибкис

2

107

× иобеспечи

ваетнасвоемвыходе

4

2 10Р

ош

= × .ПоследующиеустройстватрактаприемаIDU

выполняютзадачиобратныезадачамтрактапередачи.

Центральноеместо вблоке IDUзанимаетмикропроцессор(МП).Онуправ

ляетработойвсехосновныхустройствблока,позволяетвестиконтрольпараметров

иотображатьнаПКконфигурациюРРЛ.

6.2.3Структурнаясхемаипринципработывнешнегоблокастанции

ODUпредставляетсобойприемопередающиймодульснизкимкоэффициен

томшумаисэлектрическимуправлениемсIDUвыходноймощностьюпередатчика

и частотой настройки (рис. 6.6). Диапазон изменения выходной мощности равен

20дБ,шагизменения1дБ.Максимальныезначениявыходноймощностиразличных

моделейЦРРСПсоставляет0,1…1,0Вт(20…30дБм).

ПриемныйтрактODUстроитсяпосупергетеродиннойсхемесдвойнымпре

образованиемчастотыималошумящимусилителем(МШУ)наеговходе.МШУвы

полняетсянамалошумящихтранзисторах,имеетусиление30…35дБикоэффициент

шума0,5…2дБ.Длясниженияуровнямощностипередатчикапопадающегонавход

приемника и ослабления помех по комбинационным каналам приема перед МШУ

устанавливаютполосовойфильтрПФ1.Частотныйразносмеждунесущимипереда

чииприемасоответствуетпланураспределениячастот(рис.6.7).Смесительчасто

ты(См1)являетсябаланснымилидвойнымбаланснымскомпенсациейшумовгете

родинаинежелательныхкомпонентпреобразования.Перваяпромежуточнаячасто

тавыбираетсявысокой ГГцf

ПЧ

15,0

1

K = , что позволяетпростымисредствами обес

печитьвысокийуровеньподавленияпомех( дБа

ЗК

60 ³ )позеркальномуканалу.Тре

буемая частота гетеродина

1Г

f

пр

формируется в синтезаторе частоты (СЧ) под

действиемкомандсустройствавыделенияуправляющихсигналов.

ПФ 1

ПС

ПФ 5

МШУ См1 УПЧ См2 ПФ2

РОС

Кор.УСВЧ ПФ 4 См3 Усил ПФ 3

ОГСЧ

УПТАДНО

1

f

'

1

f

70МГц

310МГц

Устройство

вы д еленияуправ 

ляющих сигналов

пдГ

f

1

прГ

f

1

ГГцf

ПЧ

1

= МГцf

ПЧ

70

=

2Г

f

ВтР

вых

0,11,0 K =

т.1

гор.

поляр.

верт.

поляр.

ПСПС

Aа lg10 =

дБа

ф

5,13,0 K =

дБn

ш

25,0 K =

Рисунок6.6СтруктурнаясхемаODUЦРРСП

3,4ГГц

3,9ГГц

1

f

2

f

8

f

'

1

f

'

2

f

'

8

f

28МГц

250МГц

МГцF

разноса

266 =

{ {

прием передача

верт.

гор.

Рисунок6.7–Частотныйпланприемопередающегомодуля

ОсновноеусилениеВЧтрактареализуетсявусилителепромежуточнойчас

тоты.НеобходимаяширинаполосыпропусканиятрактаобеспечиваетсявУПЧиза

счетПФ2,установленномнавыходевторойступенипреобразования(См2).Частота

МГцf

ПЧ

70

= являетсястандартной.

Пороговаячувствительностьприемника(6.10)вомногомзависитоткоэффи

циенташума

ш

n наеговходе(точка1).Величина

ш

n сучетомпотерьвполяриза

ционномселекторе(ПС)иПФ1составляет

n n a a ,дБ

ш ш мшу пс пф

= + + , (6.18)

гдеa , a

пс пф

–потеривПСифильтре,дБ.

Из(6.18)следует,чтодляснижения n

ш

приемниканеобходимоснижатьне

толькоn

ш мшу

,ноипотеривустройствахдоМШУ.

ВтрактепередачиблокаODUпоступившийрадиосигналначастотенесущей

310МГц проходит вначале устройство линейной коррекции, фильтрации (ПФ3) и

усиления.Коэффициентпередачиусилителявпроцессеработыблокапокомандамс

устройства управления изменяется, что необходимо для адаптивной регулировки

выходноймощностиприналичиипотерьнарадиолинии.Чтобыисключитьвозмож

ный выход из строя усилителя СВЧ при повышенных режимах передачи в блоке

ODUпредусмотреноустройствозащитывыходныхСВЧкаскадовотперегрузки.В

состав устройства защиты, представляющего собой цепь обратной связи, входят:

направленныйответвитель(НО),амплитудныйдетектор(АД)иусилительпостоян

ноготока(УПТ).Работаустройствасостоитвтом,чтовслучаепревышениявыход

ноймощностиблокадопустимыхзначений,поцепиобратнойсвязипроисходитав

томатическоеуменьшениекоэффициентапередачи усилителяи какрезультат сни

жениевыходноймощностипередатчика.

Для снижения нежелательного уровня внеполосных помех, образованных в

трактепередачи,навыходеУСВЧустанавливаетсяполосовойфильтрстребуемой

АЧХ.

6.3ПринципыпостроенияифункционированияустройствЦРРСП

6.3.1Синтезаторчастотывнешнегомодуля

Синтезаторычастоты(СЧ) служатдля формирования несущих частот гете

родиновистроятсянабазеГУНсФАПЧ.

Основныетребования,предъявляемыекСЧ,следующие:

· высокая стабильность частоты (относительная нестабильность не

должнапревышать

5

-

);

· постоянствовыходногоуровняГУНсотклонениемотноминального

значенияна3…5%;

· должныйдиапазонперестройки.

Структурная схема СЧ блока ODU (рис. 6.8) представляет собойгенератор

управляемыйнапряжением(ГУН)сфазовойавтоподстройкойчастоты(ФАПЧ).

ВсоставустройстваГУНсФАПЧвходятдвастабильныхпочастотекварце

выхавтогенератора(КГ1иКГ2),умножительчастоты(УЧ)сумножениемвnраз,

делительчастоты(ДЧ)вmраз,делительчастоты(ДЧ1)сбольшимкоэффициентом

деления,делительспеременнымкоэффициентомделения(ДПКД),схемасравнения

(СС)иФНЧ.

Стабильность частоты устройства определяется стабильностью кварцевых

опорных генераторов. Диапазон перестройки СЧ может составлять октаву, а дис

кретныйшагизменениячастоты1…10кГц.УправляющеенапряжениенаДПКДпо

ступаетсмикропроцессора,ступенчатоизменяяегокоэффициентделения.Вуста

новившемсярежименадвухвходахсхемысравнениячастотысовпадают.Впроцес

сенастройкиилиприналичиидестабилизирующихфакторовнавыходеэтойсхемы

образуется напряжение ошибки, которое через ФНЧ изменяет емкость варикапа

ГУНиегочастоту.Черезопределенноечислоцикловустройствоперейдетвустано

вившийсярежим. Ввиду замедленной реакции срабатывания устройства на посту

пившее воздействие синтезатор частоты на базе ГУН с ФАПЧ относят к классу

инерционных систем. Используемый после схемы сравнения ФНЧ имеет низкую

частотусреза( 0,1 1f Гц

среза

» K ).НизкаячастотасрезаФНЧпозволяетпередавать

наГУНуправляющеенапряжение,свободноеотпаразитноймодуляции.

ГУН

См УЧ Усил. КГ1

ДЧ1

ДПКД

ССФНЧ КГ2Усил.ДЧ2

вых

Р

вых

f

1n

f

n

m

1nвыхрез

fff - =

упр

U

0 =

ош

U

Гцf

среза

11,0 K =

МГцf

оп

10010

1

K =

МГцf

оп

51

2

K =

Рисунок6.8–СтруктурнаясхемаСЧблокаODU

6.3.2Скремблердескремблервцифровыхсистемахрадиосвязи

Скремблерслужитдлявнесениянасторонепередачивцифровойинформа

ционный поток псевдослучайного характера следования импульсов. Процедура

скремблированиякакспособбезизбыточногокодированияпотокаданныхпозволяет

обеспечитьравномерныйспектрсигналоввпределахполосыпропусканиятрактаи

упроститьвыделениетактовойчастоты(тактовойсинхронизации)наприемнойсто

роне.Эторешениеособенно важнопридлинныхсерияхнулейиединицвпотоке.

Скремблерпосутиразрушительрегулярныхсвязейвцифровомсигнале.Различают

самосинхронизирующиесяиуправляемыескремблеры.

Скремблеры, как идескремблеры,строятся на базе генераторов псевдослу

чайнойпоследовательности(ГПСП).Онипредставляютсобойрегистрсдвига на n

ячейкахпамятисдвумяилинесколькимисумматорамипомодулю2.

Представим структурные схемы самосинхронизирующегося скремблера

(Скр)идескремблера(ДСкр),которыерасположеннынарис.6.9слеваисправадруг

отдруга.

+

Выделитель

тактовой

частоты

1 2 n1 n

+

...

+

1 2 n1 n

+

...

Трактпередачи

{ }

вых

{ }

вых

{ }

вх

{ }

S

ТИ

Вход

ЦС

ТИ

ГПСП

{

S

Выход

ЦС

{ }

Рисунок6.9–Структурнаясхемасамосинхронизирующегосяскремблераидеск

ремблера

НачальноесостояниеСкриДСкродинаковое.Вкаждуюячейкупамятизане

сены1или0.Спомощьютактовыхимпульсов(ТИ)происходитсдвигсодержимого

даннойячейкивследующую.Покажем,чтоприравенствесхемскремблераидеск

ремблераиприотсутствииискаженийвтрактепередачицифроваяпоследователь

ностьнавыходедескремблерасовпадает сисходной

{ }

a

вх

.

Привоздействиинасумматорпомодулю2

S входнойцифровойпоследова

тельности

{ }

вх

a иполученнойнавыходеГПСПпоследовательности

{ }

вых

b втрактпе

редачипоступитпсевдослучайныйсигнал

{ } { } { }

вх вых

S a b = Å (6.19)

Послесложениявсумматоре

S дескремблерадвухпоследовательностей

{ }

S

{ }

вых

b результирующийпоток

{ }

D будетсовпадатьсисходным

{ } { } { } { } { } { } { }

вых вх вых вых вх

D S b a b b a = Å = Å Å = , (6.20)

Таким образом, повторное сложение по модулю 2 одинаковых последова

тельностейведеткнеискаженномувоспроизведениюисходногосигнала.

ПериодповторенияПСПнавыходегенератора

( )

n

ПСП u

Т 2 1 T = - × , (6.21)

гдеT

u

длительностьтактовыхимпульсов.

Недостаток самосинхронизирующегося скремблера состоит в размножении

ошибок, внесенных трактом передачи. Считается, что при одиночной ошибке в

трактепередачичислоошибокнавыходедескремблераутраивается.

Лучшими характеристиками обладает управляемыйскремблердескремблер,

изображенныйнарисунке6.10ссинхронизациейпопериодуПСП.

+

Вы делитель

тактовы х

импульсов

1 2 n1 n

+

...

+

Блокформирования

управляющихсигналов

ТИ

ВходЦС

ТИ

1 2 n1 n

...

Шифратор

MUX Тракт DMUX

Дешифратор

ВыходЦС

S

Рисунок6.10–Структурнаясхемауправляемогоскремблера

Для исключения несанкционированного прочтения состава управляющего

сигнала последний шифруется и передается вместе с информационным сигналом

путеммультиплексирования(MUX).Насторонеприемаосуществляетсяразделение

управляющего и информационного сигналов в демультиплексоре (DMUX). После

дешифрации управляющего сигнала он поступает на соответствующие ячейки

ГПСПдескремблера.

6.4.Модуляторыцифровы храдиосистемпервыхпоколений

6.4.1ВидымодуляциивВЧтрактахЦРРСП

Под цифровой модуляцией понимается процесс преобразования исходных

данных в другую форму сигналов, удобных для передачи по радиоканалам связи.

Обычно переносчиком цифровых сигналов является ВЧнесущая. При модуляции

изменяется один или несколько параметров ВЧнесущей под действием изменяю

щихсяуровнейцифровогосигнала(ЦС),поступающегонамодулятор(рис.6.11).

М

Генератор

опорного

сигнала

ЦС

c

B

0

B

)(tU

вых

нес

f

Рисунок6.11–Обобщеннаяструктурнаясхемамодулятора

Исходяизобщегопредставлениясигналаввиде

j t j

0

u(t) U e e

w× j

= × × , (6.22)

изменениювнемможетподлежатьамплитуда

0

U ,частота



илифаза

.

Вцифровыхсистемахрадиосвязипервогопоколениявосновномприменялись

двухпозиционныемодуляторы, укоторыхподдействиемдвоичногосигналаизме

няемыйпараметрпринималдваотличающихсязначенияпоамплитуде,частотеили

фазе(рис.6.12).Знакамплитудыдвуполярногоцифровогосигнала,отображающий

“1”или“0”,припостроениимодулятороввыбираетсяпроизвольно,новсогласиис

процедуройдемодуляции.ЕслинавходедемодулятораскоростьЦСсоставляет

0

B ,

тонаеговыходескоростьпередачирадиопосылоксоответствуетсимвольнойскоро

сти

c 0 2

B B log M, симв с = , (6.23)

гдеМ –порядокмодуляции.

Величина Mm

2

log = носитназваниекратностимодуляции.Взависимостиот

порядкамодуляцииводнойрадиопосылкесодержитсяm битинформации.Причемв

пределах длительности радиопосылки 1Т В

с с

= амплитуда радиосигнала остается

постоянной.

Дляулучшенияхарактеристикмодуляторовдоначаламодуляциипроизводит

сяпредфильтрацияЦСспомощьюфильтраНайквиста,преобразованиекодавсоот

ветствиисправиломГрея,преобразованиекодавотносительныйкодидр.

Насторонеприемавзависимостиотвидамодуляциивосстанавливаютисход

ныйЦСпутемсоответствующегодетектирования,фильтрацииирегенерации.

t

( )u t

1

f

2

f

constf

=

constU =

0

0 =



180 =



Рисунок6.12–ВременныедиаграммыАМн,ЧМниФМнсигнала

Приамплитудной модуляции полученныйна выходе модулятора АМн сиг

налможнопредставитьввиде

[ ]

0 0

u(t) U 1 c(t) cos t, = + w (6.24)

где

00

U амплитудаичастотанесущей; )(tc модулирующийсигналсам

плитудой 1 ± .

Простейшая схема амплитудного модулятора СВЧдиапазона приведена на

рисунке6.13.Функционированиесхемымодуляторасостоитвследующем.Сигналс

частотойнесущей

1

f ,подлежащийпередачепорадиотракту,поступаетсгенератора

опорногосигналачерезциркуляторнадиодVD1.Наэтотжедиодпоступаетцифро

войсигнал.Еслисчитать,чтоединицесоответствуетположительнаяамплитудаЦС,

анулю–отрицательная,тоVD1закрытпривоздействии“1”иоткрытпривоздейст

вии“0”.На выходе модулятора (на нагрузке R

н

)будут присутствовать колебания

несущейпризакрытомVD1иотсутствоватьприоткрытомVD1,когдаеговнутрен

неесопротивлениеблизкокнулю.Врежимеоткрытогодиоданапряжениенесущей

отражается отнегоичерезциркуляторпоступаетнапоглощающее сопротивление

Б

R

Генератор

опорного

сигнала

1VD

Ц

С

1

f

Б

R

н

R

А

1

2

3

+



Рисунок6.13–Простейшаясхемаамплитудногоманипулятора

Причастотноймодуляции модулированныйпочастотесигналпредставля

етсякак

t

ЧМ 0 0

0

u (t) U cos t c(t)dt ,

é ù

ê ú

= w + Dw

ê ú

ë û

ò

(6.25)

где f D = D



2  девиация частоты несущейотносительносреднегозначения

частоты

00

2 f

p w

= .

ВзависимостиотзнакаЦСчастотанесущейбудетсоставлять fff D - =

01

или

fff D + =

02

. Всхемемодулятора(рис.6.14)сдвумя варикапами вчастотнозадаю

щейцепиЧМГзначениемодулированнойнесущейравно

1

f,еслиамплитудаЦСот

рицательная(емкостьдиодоврастет)и

2

f ,еслиамплитудаЦСположительная.

Придвухпозиционнойфазовоймодуляциивыходнойфазомодулированный

сигналпредставляетсяввиде

( )

ФМ 0 0

u (t) U cos t 1 с(t) ,

é ù

= w + -

ê ú

ë û

(6.26)

1VD

2VD

вых

u (t)

Рисунок6.14–Структурнаясхемачастотногоманипулятора

Всоответствии с формулой (6.26)при 1)( ± =tс значения фаз радиопосылок

скачкомменяютсяс 0 на

 инаоборот.Возможнаяреализация двухпозиционного

СВЧфазового модулятора, основанная на подключении отрезка микрополосковой

линиидлиной 4

 ,показаннаянарисунке6.15.