Прокопенко Всеволод Анатольевич Тема магистерской работы: Разработка и исследование модема для сверхвысокочастотного радиоканала телекоммуникационной системы. Научный руководитель: Воронцов А.Г.

Введение

Удешевление оборудования коммутации и технологий передачи в сфере телекоммуникаций (ТК) приводит к постоянно растущему числу оконечных пользовательских терминалов: компьютеров, банкоматов, мобильных станций и т.д.

Вышеперечисленное приводит к увеличению объемов передачи информации - возрастает системная нагрузка в целом. Возникает проблема ограниченности числа каналов передачи информации (как внутри и внешне системного взаимодействия так и взаимодействия ТК системы с ее пользователем - абонентом. Эта проблема может вызвать к обратному эффект: увеличение абонентской стоимости либо ухудшение качества обслуживания абонентов. Ограниченность числа каналов взаимодействия два решения: прокладка новых кабельных линий (только для системного взаимодействия) или выделение новых каналов радиопередачи. Прокладка новых кабельных линий требует больших затрат на строительство и, собственно кабели. (Затраты на строительство особенно велики в условиях низких температур и больших незаселенных расстояний).

Использование же радиоэфира имеет другие преимущества - возможность построения географически гибкой связи. Но выделение новых каналов радиопередачи тоже имеет свою проблематику: низкая частота переноса полезного сигнала определяет низкую скорость канала (критерий Котельникова-Найквиста). Исследованный ВЧ и СВЧ радиодиапазон сильно загружен уже существующими системами связи. Хотя, новые способы модуляции сигнала (QAM SSQAM etc.) позволяют получать большие скорости передачи со спектрами фиксированной полосы частот , нахождение незанятых чатот вызывает трудности. Следовательно необходимо выделять новые каналы связи на более высоких частотах. Заметим, что повышение по частоте не может происходить сколь угодно долго, так как шум молекул земли и молекул воздуха, находящегося в зоне наземной связи, увеличивается.

Анализ современной ситуации использования СВЧ радиодиапазона

Если мы говорим о передаче больших объемов информации, то мы обязательно говорим о системах передачи цифровой информации. В основе этого лежит несколько основных принципов

Возможности сжатия цифровой информации по заданным алгоритмам, в том числе и в режиме реального времени. Изучение психофизиологического аппарата восприятия человека так же дало большие возможности для сокращения избыточных для человека признаков аналогового сигнала. Лучшая помехоустойчивость и возможность выявления и исправления ошибок цифрового в сравнении с аналоговым сигналом. Дешевизна и массовость электронно-вычислительной техники. Посторонние многих современных телекоммуникационных систем основывается на принципе так называемого мультисервисного предоставления услуг связи.

Ситуация использования частот СВЧ радиоэфира такова:
73-108 МГц - частоты звукових радиовещаниявещания звуковых радиопередатчиков ЧМ;
150-500 МГц частоты, использующие городские службы такси, скорой и неотложной медицинской помощи, милиции;
890-960 CDMA и GSM-900 подвижные станции;
80-960 - МГц - частот_ телевизионного вещания;
1,7-2,1; 11-14 ГГц Системы спутникового телевиденья;
1,71-1,88 ГГц. GSM-1800 подвижные станции;
2,4 ГГц Wi-fi;
2-11ГГц внедряющеяся технология широкополосного доступа WiMAX фирмы Cisco;
15-38 спутниковые системы передачи данных, наземные системы межстанционного взаимодействия GSM базовых станций;

Для передачи по радиолиниям характерно:
- Во-первых, для получения радиочастотного сигнала из цифровой информации необходима модуляция несущей.
- Во-вторых, существует необходимость строгого ограничения полосы передаваемого сигнала, чтобы избежать взаимных помех с другими стволами. В свзи с єтим появляется требование наличия фильтров с тем, чтобы максимальн ограничить шумы.

Выбор способа модуляции. Модулятор

Описания СВЧ радиомодема.

Рассмотрим функциональную схему разрабатываемых полудуплексных СВЧ радиомодемов.

Рис. 1. Структурная схема полукомплектов. C иллюстрацией спектра на выходе элементов, в процессе передачи.
работа в другом направлении аналогична

В качестве канальной единици для исследований взят канал тональной частоты. В дальнейшем предпологается использование нескольких десятков или сотен таких элементарных каналов (на рис.1. пунктирная линия - линия разделения каналов), что позволит достич высоких скоростей передачи. Хорошое частотное уплотнение таких каналов обеспечивает полосовой кварцевый фильтр (рис 1.10) имеющий проходную характеристику, близкую к прямоугольной.

В основе преобразований сигнала данного устройства лежит SSB (single side band) метод модуляции с выделением верхней полосы. Поясним: SSB - модуляция получена из обыкновенной амплитудной модуляции путем "вырезания" из спектра модулированного сигнала несущей частоты и одной из боковых полос (в нашем случае нижней).

Устройство имеет несколько промежуточных частот (анимированный рис 1). Основное усиление в приемнике осуществляется с помощью усилителей промежуточной частоты (УПЧ) элементы: 7,8,16,15. Использование ПЧ необходимо т.к. это повышает чувствительность. ( Чувствительность приемника такого типа достигает 10^-17... 10^-18 Вт, в то время как чувствительность приемников прямого усиления не превышает 10^-12... 10^-13 Вт.

Использование SSB означает зеркальный перенос спектра сигнала в область частоты гетеродина с разницей в , это говорит о том что модулированный и модулирующий сигнал связаны не только амплитудой, но и частотой и фазой линейно. Это позволяет на SSB базе реализовывать сложную модуляцию, а конкретно амплитудно-фазовую (квадратурную). Выбор баллансного смесителя также связан с тем что в хорошо сбалансированном смесителе интермодуляционные компоненты четных порядков не проявляются. [Библиотека 1]

Наиболее существенные результаты работы. Выводы

На данном этапе практически реализованы и правильно настроены звенья с 1 по 10. Получена чувствительность приемника (определяемая звеном 8 - 106 дБм что соответствует мощности в 25,11*10^-12 Вт.

Дальнейшая сложность реализации этого устройства связана с СВЧ частью на 47 ГГц - дело в том, что длина волны на частоте полезного сигнала 6,3 мм, это означает, что длина всех проводников такого усилителя должна быть хотя бы в несколько раз меньше 1,5 мм, что бы избежать перекрестных наводок элементов схемы за счет излученя. Многои радиоэлементы для данного диапазоны очень чувствительны к статическому электричеству Следовательно, даньнейшая реализация требует большей кропотливости разработки и сборки.

Так же проведены исследования относительно нестабильности частоты генераторов первой и второй промежуточной частоты.

Получены теоритические описания нелинейных усилителей, уточнена оценка IP3 при описании передаточной характеристики нечетной нелинейности с помощью члена пятой степени. Так же получена оценка погрешности при отсутствии в описании передаточной характеристики нечетной нелинейности с помощью члена пятой степени, так же были получены характеристики этой погрешности.

Следующий шаг

Следует заметить что данный реферат написан кратко и несколько раньше завершения магистерской работы. В связи с этим он не отражает полный объём проделанной и планируемой работы.

Следующим шагом является исследования реализованных усилителей и смесителей на предмет нелинейности т.е. предмет возникновения интермодуляционных компонент третьего и пятого порядкой. Исходя из этих исследований можно будет выдвинуть комплексную оценку качества передачи сигналов. Оценка параметров СВЧ радиоканала, построенного с использованием разработанного модема. Выработка реккомендаций по созданию высоколинейного СВЧ радиомодема модема.

Использованная литература:

1. Джон К.Беллами "Цифровая телефония" М. "Экотрендс" 2004г.
2. Кеннет Р. Фостер и Артур В. The Microwave Problem.-Scientific American, Inc. 1986г.
3. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. - М. Связь 1972г.328с
4. Микроэлектронные устройства СВЧ. Под ред. проф. Г.И. Веселова М. "Высшая школа 1982"

© Прокопенко В.А., 2007г.