Копия Шпора. Аддитивные и мультипликативные помехи и их воздействие на полезные сигналы

Скачать 0.62 Mb. Название Аддитивные и мультипликативные помехи и их воздействие на полезные сигналы Анкор Копия Шпора.docx Дата 23.04.2017 Размер 0.62 Mb. Формат файла Имя файла Копия Шпора.docx Тип Документы #1850 страница 1 из 9

1   2   3   4   5   6   7   8   9 Аддитивные и мультипликативные помехи и их воздействие на полезные сигналы. Помехой называется посторонние электрические колебания, мешающие нормальному приему сигналов. В зависимости от характера воздействия помехи подразделяют на аддитивную и мультипликативную. Аддитивная помеха – это случайный сигнал, который накладывается на полезные сигналы, передаваемые по каналам и трактам. Аддитивные (налагающиеся) помехи суммируются с сигналом, не зависят от его значений и формы и не изменяют информативной составляющей самого сигнала. Действие аддитивной помехи описывают следующим образом - суммарное напряжение выходе канала или тракта. Мультипликативная помеха – обусловлена случайными изменениями коэффициента передачи канала или тракта в зависимости от времени. Мультипликативные или деформирующие помехи могут изменять форму информационной части сигнала, иметь зависимость от его значений и от определенных особенностей в сигнале и т.п. - результирующее напряжение. Аддитивные помехи в канале В простейшем случае случайное преобразование сигнала сводится к суммированию сигнала с независимым от него случайным процессом, называемым аддитивной помехой или аддитивным шумом. В более сложных каналах к этому добавляются случайные изменения параметров канала, в результате которых даже в отсутствие аддитивных помех принимаемый сигнал не определяется однозначно передаваемым. Наличие разных путей ("подлучей") не вызывает в этом случае существенного рассеяния (растяжения) сигнала во времени, но приводит к возникновению явления замираний, которое заключается в более или менее быстрых случайных изменениях передаточной функции канала {мультипликативная помеха). Несмотря на большое разнообразие, аддитивные помехи по их электрической и статистической структуре разделяют на три основных класса: флуктуационные (распределённые по частоте и времени), сосредоточенные по частоте (квазигармонические) и сосредоточенные во времени (импульсные). Активные RC- фильтры. Классификация активных фильтров (АФ). Способы реализации фильтров. АФ низких, высоких частот, полосовые и режекторные фильтры. Активный фильтр — один из видов аналоговых электронных фильтров, в котором присутствует один или несколько активных компонентов, к примеру транзистор или операционный усилитель. В активных фильтрах используется принцип отделения элементов фильтра от остальных электронных компонент схемы. Часто бывает необходимо, чтобы они не оказывали влияния на работу фильтра. Применение усилителей в активных фильтрах позволяет увеличить наклон частотной характеристики в полосе подавления, что недостижимо при каскадном соединении пассивных RC-цепочек. Существует несколько различных типов активных фильтров, некоторые из которых также имеют и пассивную форму: Фильтр высоких частот — ослабляет амплитуды гармонических составляющих сигнала ниже частоты среза. Фильтр низких частот — ослабляет амплитуды гармонических составляющих сигнала выше частоты среза. Полосовой фильтр — ослабляет амплитуды гармонических составляющих сигнала выше и ниже некоторой полосы. Режекторный фильтр — ослабляет амплитуды гармонических составляющих сигнала в определённой ограниченной полосе частот. Достоинство активных фильтров – их компактность, лучшие характеристики, в частности способность усиливать сигналы, дешевизна. Амплитудный модулятор. Амплитудным модулятором называется устройство, огибающая высокочастотного сигнала на выходе которого пропорциональна низкочастотному модулирующему колебанию. Режим работы модулятора, определяемый величинами Е6, и , нельзя выбирать таким, чтобы все мгновенные значения находились в пределах линейного участка характеристики транзистора, так как в этом случае коллекторный ток будет иметь такую же форму, что и , амплитуда высокочастотной составляющей тока будет постоянной, а потому напряжение на выходе окажется немодулированным. При осуществлении модуляции могут возникать искажения огибающей AM колебания. Оценка величины искажений и выбор режима работы, обеспечивающего их отсутствие, по характеристике прямой передачи () практически невозможны. Для решения этой задачи целесообразен иной подход к рассмотрению работы модулятора. Напряжение можно рассматривать как сумму высокочастотного колебания и напряжения смещения , медленно изменяющегося с низкой частотой, а модуляцию как следствие изменения смещения, приводящего к изменению импульсов тока и их первой гармоники. Биполярный транзистор. Устройство, принцип действия. Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. Главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы. Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор − n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством. В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Рассмотрим npn транзистор. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны, и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора. В модулированном колебании амплитуда медленно меняется по закону следовательно, амплитуда выделяемой на резисторе R постоянной составляющей тока также будет медленно меняться во времени. Таким образом, выходное напряжение амплитудного детектора пропорционально исходному (модулирующему) сигналу. Один из способов демодуляции ЧМ – колебаний состоит в превращении его в АМ – колебания и последующем детектировании с помощью амплитудного детектора. рисунок 7.9 - Детектирование АМ – сигнала Преобразования ЧМ – сигнала в АМ – сигнал выполняется с помощью расстроенного колебательного контура. Предположим, что на колебательный контур, настроенный на определенную резонансную частоту, подаются ЧМ – колебания с постоянной амплитудой и меняющейся со временем частотой ω(t) = ω + ΔωcosΩt. Полное сопротивление контура при каждой мгновенной частоте принимает свое определенное значение, так что амплитуда напряжения, выделяемого на контуре, будет изменяться во времени с изменением частоты входного ЧМ – сигнала. Это положение иллюстрируется рис. 7.10, где показана частотная зависимость амплитуды напряжения на контуре VK (ω) при постоянной амплитуде входного сигнала, изменение во времени частоты ω(t) входного ЧМ – сигнала и изменение во времени амплитуды VK(t) ЧМ – колебания. Таким образом, амплитуда ЧМ – колебания на выходе колебательного контура изменяется во времени пропорционально модулирующему сигналу, т.е. частотно модулированный сигнал стал модулированным и по амплитуде. Для получения низкочастотного сигнала достаточно подать модулированный по амплитуде ЧМ – сигнал на амплитудный детектор. Аналогичным образом выделение закона изменения фазы ФМ – сигнала осуществляется фазовым детектором. Существуют и способы демодуляции импульсно – демодулированного сигнала. Все устройства, предназначенные для демодуляции сигналов, будут рассмотрены дальше при изучении конкретных систем передачи и аппаратуры, входящей в состав этих систем. рисунок 7.10 - Демодуляция ЧМ – сигнала В чем заключается принцип системы со скачкообразным изменением частоты (FH-SS) Если свойства канала изменяются во времени, то может оказаться достаточно сложно обеспечить синхронный прием и, особенно, реализовать восстановление синхронизации с точностью до доли кодового импульса. В этом случае в системах с расширением спектра используются так называемые скачки частоты. При системе со скачкообразным изменением частоты (англ. Frequency Hopping Spreaс Spectrum – FH-SS) биты данных, которые дополнительно могут кодироваться с упреждающей коррекцией ошибок (FEC), воздействуют на выход модулятора частотной манипуляции (FSK). FSK-сигнал сдвигается по частоте на интервал, определяемый псевдослучайным генератором, который управляет синтезатором частот. Если синтезатор может сгенерировать 2m-1 различных частот, то выходная частота определяется m последовательными битами генератора ПСП. Из-за широкого частотного диапазона генерируемых сигналов очень сложно обеспечить фазовую синхронизацию между несущими, выбираемыми при последовательных скачках. Поэтому в приемнике используется некогерентный FSK-демодулятор. Скачки частоты происходят много раз за период трансляции одного информационного бита. Период FSK-модуляции Тb разделен на множество коротких временных интервалов Тh, называемых временем скачка. В чем состоит суть декодирования? Декодирование состоит в восстановлении сообщения по принимаемым кодовым символам. Устройства, осуществляющие кодирование и декодирование, называют соответственно кодером и декодером. Декодирование - процесс обратного преобразования кода(совершается получателем) к форме исходной символической системы(задаётся отправителем), для получения исходного сообщения. Декодирование - включает восприятие (факт получения) послания получателем, его интерпретацию (как понял) и оценку (что и как принял).Если символы отправителя имеют точно такое же значение для получателя, последний будет знать, что именно имел в виду отправитель, формулируя идею. Если реакции на идею не требуется, процесс обмена информации на этом должен завершиться. Если же в процессе декодирования произошли: потеря, неправильное понимание или интерпретация полученной информации,то получатель может неправильно воспринять суть информации, передаваемой ему отправителем. Стало быть, на стадии кодирования информации необходимо подобрать такие слова и структурировать сообщение таким образом, чтобы получатель воспринял всё точно. Важно соблюдать оптимальный уровень детализации – зачастую под огромным количеством подробностей пропадает главная суть послания. Виды системы с РОС: системы с ожиданием служебных сигналов Рассматриваемый ниже алгоритм работы системы называется алгоритмом с ожиданием, а сама система передачи дискретных сообщений - системой с решающей обратной связью и ожиданием (РОС-ОЖ). Такие системы довольно часто используются для передачи дискретных сообщений. Основное их достоинство - простая техническая реализация. К недостаткам следует отнести существенные потери скорости передачи информации, источником которых, помимо введенных в кодовую комбинацию проверочных элементов и переспросов, являются потери на ожидание ответа со стороны приемника. При этом скорость передачи информации определяется выражением (13.1) Учитывая, что время, необходимое для передачи информационных элементов одной кодовой комбинации, равно kτ0, а время, затрачиваемое на передачу одной кодовой комбинации при однократной передаче, равно nτ0 + tож , где toж - время ожидания сигнала решения (время от момента передачи в канал одной кодовой комбинации до момента передачи следующей), получаем: Таким образом, Следовательно, потери на ожидание будут тем меньше, чем меньше скорость модуляции (больше τ0) или при данной скорости модуляции больше длина кодовой комбинации. Коэффициент γ3 в (13.1) есть величина, определяемая как (1 - Роо), где Роо - вероятность обнаружения в кодовой комбинации ошибок. Чем больше длина кодовой комбинации, тем больше Роо и меньше γ3. Нетрудно догадаться, что из этого следует возможность оптимизации скорости путем изменения длины кодовой комбинации. Виды усилителей мощности: однотактные и двухтактные усилители мощности. Однотактные усилители проще и реализуются на одном активном приборе — лампе или транзисторе. Своим названием они обязаны усилению гармонических сигналов за один такт — другими словами, они усиливают как положительный, так и отрицательный периоды такого сигнала. Двухтактные сложнее: нужны хотя бы два активных прибора и специальная схема - фазоинвертор — для их раскачки. Благодаря этому в наиболее распространенных режимах работы двухтактных каскадов АВ и В (о них речь пойдет чуть ниже) усиление гармонического сигнала происходит за два такта — одно плечо каскада усиливает положительную полуволну входного сигнала, а другое — отрицательную. На выходе они складываются так, чтобы выходной сигнал при синусоидальном входном сигнале был также синусоидальным. Усложнение схемы двухтактного каскада вполне оправдано тем, что он имеет лучшие энергетические показатели и, прежде всего, более высокий коэффициент полезного действия (КПД). Демодуляция/обнаружение цифровых сигналов. В пункте приема (см. рисунок 7.1) необходимо извлечь первичный сигнал из переносчика, т.е. осуществить демодуляцию принятого сигнала. Например, при демодуляции АМ – сигнала необходимо выделить закон изменения амплитуды модулированного несущего сигнала, т.е. его огибающую. Эта операция выполняется с помощью амплитудного детектора (рисунок 7.8). При линейном детектировании на вход детектора с линейной вольт - амперной характеристикой (рисунок 7.9, а) подается АМ – сигнал (см. рисунок 7.9, б), и последовательность импульсов тока детектора оказывается промодулированной по амплитуде (см. рисунок 7.9, в). Высокочастотные составляющие тока отфильтровываются RС-цепью; падение напряжения на резисторе R создает только постоянная составляющая тока. рисунок 7.8 Амплитудные детекторы: транзисторный (а), диодный (б) Дифференциальный каскад. Основное отличительное свойства дифференциального каскада усиление разностного и подавление синфазного сигналов. Дифференциальный каскад (ДК) представляет собой мостовую схему, в плечах которой включены идентичные элементы. В аналоговых интегральных микросхемах вследствие того, что все элементы создаются в едином технологическом процессе, практически обеспечивается идентичность резисторов и транзисторов. ДК питается от двухполярного источника питания с заземленной средней точкой, что позволяет подавать сигналы непосредственно на базы транзисторов. Если входы транзисторов заземлены, то токи транзисторов одинаковы, и вследствие идентичности резисторов Rk1 и Rk2 напряжение  на дифференциальном выходе Uвых.д меду колекторами будет равно нулю. Если на входы схемы поданы сигналы одинаковые по величине и фазе, называемые синфазными, то токи обоих транзисторов будут изменяться на одинаковую  величину, соответственно будут изменяться напряжения Uвых1 и Uвых2,а напряжение Uвых.д по-прежнему будет сохранаться равным нулю. Если на входы схемы поданы одинаковые по величине, но сдвинутые по фазе на 180* сигналы, называемые дифференциальными, то возрастание тока в одном плече будет сопровождаться уменьшением тока в противоположном, вследствие чего появится напряжение на дифференциальном выходе. Таким образом, схема в идеальном случае реагирует на дифференциальный сигнал и не реагирует на  синфазный. Изменение температуры, паразитные наводки, старение элементов, флуктуация параметров транзисторов можно рассматривать как синфазные входные воздействия. Следовательно, ДК обладает очень высокой устойчивостью работы и малочувствителен к помехам.   1   2   3   4   5   6   7   8   9