Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

49 страниц

Купить Р 061-2017 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Методические рекомендации предназначены для оказания методической помощи в практической деятельности инженерно-техническому персоналу подразделений вневедомственной охраны Федеральной службы войск национальной гвардии Российской Федерации. Рекомендации предназначены для инженерно-технического персонала ПЦО, обслуживающего объектовое, ретрансляционное и пультовое оборудование РСПИ, а также специалистов предприятий — изготовителей РСПИ. В данных рекомендациях дан обзор алгоритмов обмена информацией и методов модуляции в радиоканальных системах передачи извещений, применяемых подразделениями вневедомственной охраны Росгвардии, представлен анализ и сравнительные характеристики современных перспективных видов модуляции.

 Скачать PDF

Оглавление

1 Термины и сокращения

2 Введение

3 Алгоритмы и методы модуляции, применяемые в РСПИ

4 Многопозиционные и комбинированные методы модуляции

5 Современные методы организации радиосвязи

6 Сравнительный анализ различных методов модуляции

7 Обзор и анализ элементной базы для реализации современных методов модуляции в РСПИ на отечественном и зарубежном рынке

8 Заключение. Критерии оценки и выбор оптимального метода модуляции

9 Список использованной литературы

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ВОЙСК НАЦИОНАЛЬНОЙ ГВАРДИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Главное управление вневедомственной охраны


УТВЕРОДЕНЫ Первым заместителем начальника ГУВО Росгвардии генерал-майором полиции А. В. Грищенко 26 мая 2017 г.

Методические рекомендации

Применение современных видов модуляции и организация обмена информацией в радиоканальных системах передачи извещений

Р061 -2017

Москва

2017

Методические рекомендации разработаны сотрудниками ФКУ «НИЦ «Охрана» Росгвардии А.Р. Фамильновым, А.И. Бариновым, И М. Нурмухаме-товым, А.В. Голубевым, К.В. Колесовым, О.А. Хлыстовой, А.А. Клочковым, С.Н. Сухих, И.А. Захаровым, Ю.А. Сафоновым под руководством А.Г. Зайцева с учетом замечаний и предложений сотрудника ГУВО Рогвардии АА Михайлова.

Применение современных видов модуляции и организация обмена информацией в радиоканальных системах передачи извещений: Методические рекомендации (Р 061 - 2017). - М.: ФКУ «НИЦ «Охрана» Росгвардии, 2017. - 50 с.

Методические рекомендации предназначены для оказания методической помощи в практической деятельности инженерно-техническому персоналу подразделений вневедомственной охраны Федеральной службы войск национальной гвардии Российской Федерации.

© ФКУ «НИЦ «Охрана» Росгвардии, 2017

метрической форме. Более абстрактно, на диаграмме отмечены все значения, которые могут быть выбраны данной схемой манипуляции, как точки на комплексной плоскости. Точки на диаграмме часто называют сигнальными точками (или точками созвездия). Они представляют множество модулирующих символов, то есть модулирующий алфавит.

Сигнальное созвездие можно использовать в графическом виде для сравнения помехозащищенности разных видов модуляции. Чем дальше символы на графической плоскости отстоят друг от друга, тем выше помехоустойчивость.



Сигнальные созвездия, полученные в результате исследования радиосигнала, могут использоваться для определения типа манипуляции, рода интерференции и уровня искажений. Ниже представлены сигнальные созвездия для амплитудной модуляции типа ООК (рис. 5 а) и типа ASK (рис. 5 б).

Рис. 5. Сигнальные созвездия для модуляции типа ООК и ASK.

Сигнальные созвездия для различных схем фазовой и амплитудно-фазовой манипуляции сигналов представлены на рис. 6:

-    BPSK - двоичная фазовая манипуляция;

-    QPSK (4QAM) - четырёхпозиционная амплитудно-фазовая манипуляция;

-    16 QAM - шестнадцатипозиционная амплитудно-фазовая манипуляция.

QPSK (4QAM)    Q    16QAM

► I

с

S2 i •-1+J 01

i Si • •

• 1+j s3 s2

°v , • *

{

• •

Si So • •

s5 s4 ^

S4

• -1-j 11

^ 1 s • •

9 1-j Sn Sio

1° s •

Sis bi4

• •

S9 S8 • •

S» Sj2

Рис. 6. Сигнальные созвездия для различных схем модуляции 11


BPSK


о


Следует отметить, что на сигнальном созвездии положения всех значений символов равноудалены от начала координат. Это означает равенство амплитуд всех символьных колебаний. Требование расположения символов по углам квадрата не является обязательным. Они могут располагаться и по окружности. Следует отметить, что можно позиционность модуляции, делая сдвиги фаз на меньший угол. Тогда в каждом символе будет передаваться большее количество бит и на сигнальном созвездии будет больше точек. Но в этом случае труднее будет в условиях воздействия шумов различать фазовые углы на приеме, поэтому возрастает вероятность ошибочного восстановления при приеме символов.

В случае с методом модуляции 16 QAM необходимо отметить, что разные канальные символы этого сигнала имеют разную энергию. Расстояние между разными сигнальными точками также оказывается различным. В результате вероятность перепутывания символов в приемнике для разных символов оказывается разной.

Один канальный символ такого сигнала может переносить n=log2in информационных битов. В частности, при т=16 имеем п=4. Поэтому если по-прежнему считать, что длительность одного бита равна то длительность одного канального символа QAM-сигнала равна Ткс = пТс. Следовательно, при формировании этого сигнала поток информационных битов должен группироваться в блоки по п битов. Каждому блоку должен быть поставлен в соответствие один канальный символ. Установление такого соответствия называется сигнальным кодированием.

3 Алгоритмы и методы модуляции, применяемые вРСПИ

Каждая из радиоканальных систем передачи извещений, применяемых в практической деятельности подразделений вневедомственной охраны, имеет свои технические особенности. Эти различия распространяются как на структурное построение систем, так и на способы реализации ретрансляционного и объектового оборудования. Данные особенности позволяют осуществлять выбор РСПИ, в наибольшей степени соответствующей местным условиям эксплуатации, (мегаполис, районный центр, пригород, сельская местность и т.п.).

Не последнюю роль в выборе РСПИ играет применяемый вид модуляции информационного сигнала, от которого зависят ширина спектра излучения, скорость передачи данных, криптостойкость, помехозащищенность, сложность и стоимость реализации и т.п.

В РСПИ, используемых подразделениями вневедомственной охраны в основном используется самый простой метод модуляции несущего радиоволнового колебания частотный (FSK). В РСПИ «Струна-5» применяется узкополосная ЧМ. Данный метод частотной модуляции отличается от общепринятой FSK тем, что индекс модуляции m меньше 1. Но среди методов частной модуляции имеется еще манипуляция с минимальным частотным сдвигом (MSK), гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом (GMSK). В таблице 1 представлены характеристики РСПИ, применяемых подразделениями вневедомственной охраны полиции в части применяемых в них методов модуляции и организации канала связи с ПЦН.

Кроме того, РСПИ подразделяются по принципу построения на:

1.    Асинхронные РСПИ (односторонние по направлению передачи информации, от устройства объектового (УО) к пульту централизованного наблюдения (ПЦН);

2.    Двухсторонние РСПИ (по направлению передачи извещений от УОО к ПЦН, команд и запросов от ПЦН к УОО).

Отличительным признаком асинхронных РСПИ является наличие только передатчика в УО, поскольку передача информации осуществляется в одном направлении (от объекта охраны на ПЦН).

Обязательным признаком двусторонних РСПИ является наличие в составе объектового устройства приемника.

В односторонних системах применяются коды с обнаружением ошибок с последующим исключением принятых сообщений и коды с возможностью исправления выявленных ошибок.

Таблица 1

п/п

РСПИ, производитель

Метод модуляции

Организация связи

1.

«Стрелец-Аргон». ЗАО «Аргус-Спектр », г. С-Петербург

ЧМ

Двунаправленная,

асинхронная

2.

«Иртыш-ЗР»,

ООО НТК «ИНТЕКС», г. Омск

ЧМ

Двунаправленная,

синхронная

3.

«Приток-А-Р», ОБ «СОКРАТ», г. Иркутск

ЧМ

Двунаправленная.

синхронная

4.

«Протон»

ООО НПО«ЦЕНТР-ПРОТОН», г. Челябинск

ЧМ

Двунаправленная,

асинхронная

5.

«Струна-5»

ЗАО НПФ «Интеграл+» г. Казань

ЧМ

Двунаправленная.

синхронная

6.

«Струна-М», «Радиосеть» ООО НПП «АСБ Рекорд», г. Александров

ЧМ

Двунаправленная,

синхронная

В двухсторонних системах применяются коды с обнаружением и исправлением ошибок, как правило, с использованием механизма автоматического запроса повторной передачи.

Ситуация, при которой практически все производители РСПИ используют один и тот же базовый (FSK) метод модуляции при передаче информации по радиоканалу, является неприемлемой. На сегодняшний день существует реальная потребность в применении современных комбинированных и многопозиционных методов модуляции, позволяющих повысить скорость передачи в канале, и соответственно получить возможности применения методов помехо-и криптозащищённости передаваемой информации, минимизировать вероятность подавления радиосигнала для охраны, например, критически важных объектов. Кроме того, немаловажным фактором является и возможность увеличения информационной емкости РСПИ.

4 Многопозиционные и комбинированные методы модуляции

Современный уровень развития радиоэлектроники позволяет реализовывать сложные виды модуляции, такие как: многопозиционные схемы модуляции M-ASK, M-PSK, DSB - балансная амплитудная модуляция с подавлением несущей, SSB - однополосная амплитудная модуляция, MSK - модуляция с минимальной частотной манипуляцией, GMSK - модуляция с гауссовой огибающей, 4FSK - четырехуровневая частотная манипуляция, BPSK-сигналы с двоичной фазовой манипуляцией, QPSK - сигналы с квадратурной фазовой манипуляцией, M-PSK - многопозиционная фазовая модуляция, QAM-амплитудно-фазовая модуляция и т.д.

Ниже рассмотрены характеристики и особенности каждого из перечисленных видов модуляции.

При амплитудной модуляции по схеме ASK множество возможных значений амплитуды радиосигнала ограничивается двумя значениями модулирующего сигнала. Спектральная плотность может быть существенно повышена, если использовать большее количество различных значений амплитуды радиосигнала. Достигается это применением многопозиционной амплитудной модуляции - M-ASK модуляции.

Биты исходного информационного сообщения группируются в пары. Каждая такая пара называется символом. Если каждый бит имеет множество значений {0,1}, то каждый символ имеет четыре возможных значения из множества {00, 01, 10, 11}. Кахщому из воз-

можных значений символа ставится в соответствие значение амплитуды радиосигнала из множества {О, А, 2А, ЗА}. Аналогично группируются тройки, четверки и большее количество бит в одном символе. Таким образом, получается многоуровневый (многопозиционный) сигнал M-ASK с размерностью множества возможных значений амплитуды сигнала М = 1одг К, где к - число бит в одном символе. Например, сигнал с модуляцией 256-ASK имеет 256 возможных значений амплитуды сигнала и 8 бит в одном символе.

Формула для сигнала М-ASK имеет вид аналогичный сигналу ASK, но функция c(t) в данном случае является многоуровневым информационным сигналом, представляющим собой последовательность символов с возможными значениями {0,1,2...М-1}.

Рис. 7. Спектральные плотности модулированных сигналов ASK и 8-ASK.

На рис.7 представлены спектральные плотности восьмиуровневого сигнала 8-ASK - график 2 и сигнала ASK с импульсами прямоугольной формы - график 1. Многопозиционный сигнал имеет меньшую ширину главного лепестка (занимает меньшую полосу частот) и более низкий уровень боковых лепестков, т.е. имеет большую спектральную эффективность по сравнению с двухпозиционным сигналом.

Сигнальное созвездие для восьмиуровневого метода модуляции 8-ASK представлено на рис. 8.

Рис. 8. Сигнальное созвездие для 8-ASK

В спектре амплитудно-модулированного сигнала передаваемая информация содержится только в боковых полосах, несущая же полезной информации не несет. Поэтому целесообразно не тратить энергию на передачу «бесполезной» несущей (на самом деле несущая необходима при демодуляции передаваемого сигнала). Амплитудная модуляция с подавленной несущей называется балансной модуляцией или DSB (Double Side Band). Для ее осуществления на один вход аналогового перемножителя подается сигнал несущей, а на второй - сигнал огибающей без постоянной составляющей.

Спектр этого сигнала не содержит несущей, а только две боковые частоты или полосы.

Амплитудные виды модуляции имеют невысокую энергетическую эффективность (так как средний уровень мощности существенно меньше максимального), требуют высокой линейности и большого динамического диапазона усилителя мощности. Ошибка в амплитуде сигнала из-за нелинейности усилителя приведет непосредственно к символьной ошибке, т.к. значение символа определяется амплитудой сигнала. Отношение максимальной амплитуды сигнала к минимальной достаточно высоко и требует усилителя с большим динамическим диапазоном. Влияние аддитивного шума или помехи непосредственно изменяет амплитуду сигнала, поэтому амплитудные виды модуляции не обладают высокой помехоустойчивостью. Виду указанных недостатков амплитудные виды модуляции находят ограниченное применение.

К преимуществам данных методов модуляции следует отнести их простоту в реализации.

Квадратурная амплитудная модуляция - QAM (Quadrature amplitude modulation) -относится к комбинированным методам модуляции. В случае QAM промодулированный сигнал представляет собой сумму двух ортогональных несущих: косинусоидальной и синусоидальной, амплитуды, которых принимают независимые дискретные значения. При квадратурной амплитудной модуляции изменяется как фаза, так и амплитуда несущего сигнала. Это позволяет увеличить количество кодируемых в единицу времени бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость их передачи по каналу связи. В настоящее время число кодируемых информационных бит на одном бодовом интервале может достигать 8-9 (т.е. информационная скорость может превышать символьную скорость в 8-9 раз), а число позиций сигнала (возможных комбинаций единиц и нулей) в сигнальном пространстве может достигать 256-512 штук.

QAM имеет один главный недостаток. Он заключается в том, что передаваемый сигнал кодируется одновременными изменениями

амплитуды двух компонентов несущего гармонического колебания, которые сдвинуты по фазе друг относительно друга на тт/2. Поэтому при использовании QAM высокочастотные тракты передатчика и приемника должны быть высоколинейными. Энергетические показатели передатчика при этом существенно хуже, чем при использовании сигналов с постоянной огибающей.

Многопозиционная (многоуровневая) частотная модуляция M-FSK формируется, как и другие многопозиционные виды модуляции, путем группировки к = 1одг М бит в символы и введением взаимнооднозначного соответствия между множеством значений символа и множеством значений частоты модулированного колебания. При этом значения возможных частот отличаются на одинаковую величину 2Аш max — удвоенное значение величины девиации.

Информационный сигнал M-FSK является полярным, как и для FSK. Очевидно, что для того, чтобы значения частоты отличались на одинаковую величину, разность между значениями символов информационного сигнала должна быть одинаковой. Например, для сигнала 4-FSK множеству значений символов исходного информационного сигнала {00, 01, 10, 11} ставится во взаимно однозначное соответствие множество значений модулирующего сигнала c(t) {-3, -1, 1,3}.

В случае FSK, чем больше индекс модуляции, тем больше разность частот модулированного сигнала, тем проще различить значения символов в приемнике (меньше вероятность ошибки), но тем больше ширина спектра сигнала. На практике для FSK используются значения 0.1 < m < 1. При m > 0.5 значение вероятности битовой ошибки перестает уменьшаться монотонно с увеличением т, а осциллирует ё с затуханием в окрестности постоянного значения. На рис. 9 показан спектр сигнала FSK с непрерывным изменением фазы и индексом 0.5. Он обладает наибольшей спектральной эффективностью. Метод FSK с индексом модуляции m = 0.5 называется частотной модуляцией с минимальным сдвигом MSK (Minimum Shift Keying).

Для ограничения спектра сигналов FSK и MSK чаще всего применяется Гауссов baseband-фильтр, предназначенный для устранения влияния внеполосных помех и максимизация отношения сиг-нал/шум. Соответствующие типы модуляции называются GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying) и GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying, используется в стандарте GSM). В отличие от фильтра с характеристикой приподнятого косинуса, фильтр Гаусса не обеспечивает отсутствие межсимвольной интерференции, однако вносит малый уровень межсимвольных искажений. Возможность его применения обусловлена тем, что baseband-фильтр является не

единственным источником межсимвольной интерференции в системе связи. Распространение радиоволн в городе или зданиях ввиду многолучевого характера распространения приводит часто к уровню межсимвольной интерференции, превышающему значения, вносимые фильтром (правда, применение специальных схем модуляции и (или) разнесенного приема позволяет существенно снизить влияние многолучевости, в таких системах лучше применять фильтры Найквиста). Кроме этого, искажения в аналоговых трактах и антенных системах также приводят к некоторому уровню межсимвольной интерференции. Гауссов фильтр требует существенно меньшей длины импульсной характеристики КИХ-фильтра по сравнению с фильтром приподнятого косинуса для одинакового уровня подавления побочных составляющих спектра. Поэтому он обладает существенно большей вычислительной эффективностью.

СПЕКТР МОЩНОСТИ МОДУЛИРОВАННОГО СИГНАЛА

ЧАСТОТА. КГЦ

Рис. 9. Спектр сигнала FSK с непрерывным изменением фазы и индексом 0.5.

Помимо модулирования несущей при передаче информации по радиоканалу можно одновременно применять её помехоустойчивое кодирование, повышая тем самым надёжность системы в целом.

Любой помехозащищенный код характеризуется относительной скоростью кода (R).

Определение. Если кодовая комбинация содержит п- бит, и из них к- информационных бит, тогда R= k/n.

Разработчику необходимо найти компромисс между увеличением исправляющей способности кода (избыточности) и снижению энергии на бит информации.

Для каждого канала передачи данных (типов действующих помех) и длин кодовых комбинаций есть свой оптимум величины R, приведённый на рисунке 10.

В настоящее время стали популярны такие помехозащищенные коды, как сверточные, Рида - Соломона, коды с малой плотностью проверок на четность (Low-Density Parity-Check-LDPC), турбокоды. Однако в ситуации, когда неизвестна электромагнитная обстановка в конкретной местности, где будет развертываться РСПИ, необходимо ориентироваться как на «белый» шум в канале передачи, так и на импульсные помехи от сторонних радиосредств. Поэтому код должен успешно исправлять как одиночные ошибки, так и блочные ошибки (поражаются несколько бит подряд).

Рис. 10. Вероятность прохождения извещения в зависимости от избыточности кода для РСПИ

Поэтому при всем богатстве выбора помехозащищенных кодов в РСПИ чаще всего применяют коды Хэмминга или Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ). Остальные коды или плохо работают с блочными ошибками (например, сверточные коды), или у них достаточно сложен алгоритм декодирования, или они рассчитаны на длину кодовой посылки в 500-1000 бит. Коды Рида - Соломона являются недвоичными кодами.

Классификация кодов, применяемых для защиты от помех при передаче информации, приведена на рис. 11.

Рис. 11 Классификация помехоустойчивых кодов

В РСПИ из-за вида модуляции и принципа построения не применимы сигнально-кодовые конструкции или пространственно-временное кодирование и т. д.

Отдельно стоит рассмотреть схему треллис-модуляции (кодированная модуляция или решётчатая кодированная модуляция, ТСМ (trellis coded modulation) — метод совместного кодирования и манипуляции, при котором улучшается спектральная эффективность сигнала по сравнению с раздельным способом.

СОДЕРЖАНИЕ

1.    Термины и сокращения........................................................................5

2.    Введение................................................................................................6

3.    Алгоритмы и методы модуляции, применяемые

в РСПИ................................................................................................12

4.    Многопозиционные и комбинированные методы модуляции.........14

5.    Современные методы организации радиосвязи..............................22

6.    Сравнительный анализ различных методов

модуляции..........................................................................................29

7.    Обзор и анализ элементной базы для реализации современных

методов модуляции в РСПИ на отечественном и зарубежном рынке...................................................................................................33

8.    Заключение. Критерии оценки и выбор оптимального метода

модуляции..........................................................................................44

9.    Список использованной литературы.................................................48

Треллис-модуляция применяется в высокоскоростных модемах для модуляции несущей. Ценой сравнительно небольшой избыточности — добавлением треллис-бита — повышается помехоустойчивость передачи. На принимающем модеме для анализа поступающих последовательностей битов используется специальный декодер, так называемый декодер Витерби. Этот способ модуляции обеспечивает скорость передачи данных до 9600 бит/с и более. При использовании блочного или свёрточного кодирования помехоустойчивость радиосвязи повышается за счёт расширения полосы частоты и усложнения радиоаппаратуры без повышения отношения сигнал/шум (ОСШ).

Для сохранения помехоустойчивости при том же значении ОСШ, уменьшить используемую полосу частот и упростить радиоаппаратуру можно с помощью применения треллис-модуляции (ТСМ), которая впервые была разработана в 1982 году Унгербоком. В основе ТСМ лежит совместный процесс кодирования и модуляции.

Для примера рассмотрим использование данной схемы с QAM - модуляцией. Применение многопозиционной QAM в чистом виде сопряжено с проблемой недостаточной помехоустойчивости. Поэтому во всех высокоскоростных протоколах QAM используется совместно с решетчатым кодированием. Выбранная определенным образом комбинация конкретной QAM и помехоустойчивого кода в отечественной технической литературе носит название сигнально-кодовой конструкции (СКК), которая позволяет повысить помехозащищенность передачи информации одновременно со снижением требований к отношению сигнал-шум на 3-6 дБ. Это объясняется увеличением вдвое числа сигнальных точек за счет добавления к информационным битам одного избыточного, образованного путем сверточного кодирования. Расширенный, таким образом, блок битов подвергается все той же QAM. В процессе демодуляции принятый сигнал декодируется по алгоритму Витерби. Именно этот алгоритм за счет введенной избыточности и знания предыстории процесса приема позволяет по критерию максимального правдоподобия выбрать из сигнального пространства наиболее достоверную точку.

Все применяемые сегодня СКК используют сверточное кодирование со скоростью (л-1)/л, т.е. при передаче одного сигнального элемента используется только один избыточный двоичный символ. Типичная схема сверточного кодирования со скоростью, равной 2/3, приведена на рис. 12.

В схеме, представленной на рисунке 10, сверточный кодер с относительной скоростью кода, равной 2/3, используется совместно

1 Термины и сокращения

Амплитудная модуляция - передача информационных посылок путём изменения амплитуды несущего высокочастотного радиосигнала.

Бод - единица измерения символьной скорости, количество изменений информационного параметра несущего периодического сигнала в секунду.

Девиация частоты (frequency deviation) - наибольшее отклонение значения модулированного сигнала от значения его несущей частоты. Единицей девиации частоты является герц (Гц), а также кратные ему единицы.

Модуляция - процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного аналогового сигнала передаваемого сообщения.

Частотная модуляция - передача информационных посылок путём изменения частоты несущего высокочастотного радиосигнала.

ФАПЧ - система фазовой автоподстройки частоты.

ASK - (Amplitude shift keying) -амплитудная манипуляция.

M-ASK - многопозиционная амплитудная модуляция.

BPSK - (Binary Phase Shift Keying) - двоичная фазовая манипуляция.

DBPSK-дифференциальная двоичная фазовая манипуляция.

DQPSK - дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция.

M-PSK - многопозиционная фазовая модуляция.

DSB - балансной амплитудная модуляция.

FSK - (Frequency Shift Keying) - частотная манипуляция.

QAM - квадратурная амплитудная модуляция

ООК - (On/Off Keying) - модуляция включением/ выключением.

ГУН - генератор управляемый напряжением

Индекс модуляции (modulation index) - отношение максимального изменения несущей частоты (девиации) к частоте модулирующего сигнала.

ЛЧМ - вид частотной модуляции, при которой частота несущего сигнала изменяется по линейному закону.

ПЦН - пульт централизованного наблюдения.

ПЦО - пункт централизованной охраны.

РСПИ - радиоканальная система передачи извещений-система централизованной охраны, в которой извещения с охраняемых объектов на ПЦН и команды управления объектовому оборудованию осуществляются по радиоканалу.

2 Введение

Настоящие рекомендации предназначены для инженерно-технического персонала ПЦО, обслуживающего объектовое, ретрансляционное и пультовое оборудование РСПИ, а также специалистов предприятий - изготовителей РСПИ.

В данных рекомендациях дан обзор алгоритмов обмена информацией и методов модуляции в радиоканальных системах передачи извещений, применяемых подразделениями вневедомственной охраны Росгвардии, представлен анализ и сравнительные характеристики современных перспективных видов модуляции.

В технике цифровой связи методы модуляции играют весьма значительную роль. Помимо своей основной функции - преобразования «символ - сигнал» - процесс модуляции является составной частью общего процесса согласования сигнала с характеристиками канала.

Идея способа, позволяющего переносить спектр сигнала в область высоких частот - модулировать высокочастотное радиовол-новое колебание, заключается в следующем. В передатчике формируется вспомогательный высокочастотный сигнал, называемый несущим колебание. В радиотехнике, и в частности в РСПИ, широкое распространение получили системы модуляции, использующие в качестве несущего простое гармоническое колебание описываемое формулой U(t)=Usin (cot-ир), имеющего три свободных параметра:

U - амплитуду, со- частоту Иф - фазу.

Пусть c(t) низкочастотное сообщение, подлежащее передаче по радиоканалу. Если, по крайней мере, один из указанных параметров изменяется во времени пропорционально передаваемому сообщению, то несущее колебание несёт в себе информацию, заключённую в s(t). Физический процесс управления параметрами несущего колебания называется модуляцией.

Основные принципы построения различных видов модуляции проще всего проанализировать на основе синусоидального сигнала (Рис. 1).

Рис. 1. Временная диаграмма гармонического синусоидального сигнала

Таким образом, для передачи информации, а значит модулирования несущего колебания, доступны: амплитуда, частота, фаза.

Наиболее простым видом модуляции является амплитудная модуляция. При передаче информации с применением данного способа модуляции изменению подвергается амплитуда несущего колебания.

Модулированный сигнал для этого вида модуляции имеет вид:

U(t)=A(c(t) +В) cos (cot+cp),

где c(t) - информационный сигнал, А, В и <р - постоянные, В > 0, - ш -несущая частота. Пусть множество возможных значений c(t)= {0,1}, а В = 0. В этом случае модулированный сигнал имеет вид U (t)=A(c(t) cos (o)t-Kp), его амплитуда равна 0 при нулевом значении информационного сигнала и А при единичном. Такой тип модуляции называется ООК - (On/Off Keying) модуляция включением/ выключением.

На рисунке 26 показана временная диаграмма амплитудно-модулированного сигнала: информационный «0» передаётся пассивной паузой (отсутствием несущей), а «1» активным пакетом (передачей несущей).

Рис. 2. Временные диаграммы различных видов модулированных сигналов

Частотная модуляция является наиболее распространённым видом модуляции радиочастотных сигналов и нашла широкое применение в связи и телефонии.

В случае осуществления частотной модуляции параметром несущего колебания - носителем информации, на который наклады-

вается модулирующее воздействие, является несущая частота w(t), амплитуда и фаза остаются постоянными.

При частотной модуляции несущая частота oj(t) связана с модулирующим сигналом c(t)= СО cos (w^t) зависимостью:

w(t) = W0 + кч с (t)

где кч - размерный коэффициент пропорциональности между частотой и напряжением.

Частотно - модулированный радиосигнал можно записать в виде формулы:

U(t)=AC0S (Wot +ГПч Sin СОмодЦ

где Wo - частота несущего колебания в отсутствие ЧМ сигнала; Шмод-частота изменения модулирующего сигнала; тч - индекс частотной модуляции.

Индекс частотной модуляции определяется отношением девиации частоты (максимальное изменение частоты несущего сигнала) к частоте модулирующего сигнала:

ГТ1ч — кч Со /Wmoд

Чем выше индекс модуляции, тем выше помехоустойчивость РСПИ, но вместе с тем и пропорционально расширяется спектр сигнала.

На рисунке 2в показана временная диаграмма сигнала, сформированного методом частотной модуляции.

На рисунке 3 представлены спектры частотно-модулированных сигналов с различными индексами модуляции: а) т=0.5, б) т=1, в) т=5.

В случае, когда информационный сигнал принимает только 2 возможных значения имеет место двоичная частотная модуляция FSK - (Frequency Shift Keying). Информационный сигнал является полярным, т.е. принимает значения {-1,1}, где -1 соответствует значению исходного (неполярного) информационного сигнала 0, а 1 -единице. Таким образом, при двоичной частотной модуляции множеству значений исходного информационного сигнала {0,1} ставится в соответствие множество значений частоты модулированного радиосигнала {w0 - Wd, Wo+Wd).

Ещё одним видом модуляции радиосигналов является фазовая модуляция. При передаче информации с применением фазовой модуляции в соответствии со значением информационного сигнала изменяется фаза несущего высокочастотного колебания. Фазомоду-лированный сигнал можно описать формулой:

U (t)=A cos (o)t+cp(t) -кро)

Информация при использовании данного метода модуляции кодируется фазой <p(t). Так как при когерентной демодуляции в приёмнике имеется восстановленная несущая Uc (t)=Acos(o>t + <po), то путём сравнения сигнала U(t) с несущей вычисляется текущий сдвиг фазы <p(t). Изменение фазы <p(t) взаимно однозначно связано с информационным сигналом c(t). На рис. 2г) показана временная диаграмма фазомодулированного сигнала.

Jo(0,5)Um

Рис. 3. Спектры частотно-модулированного сигнала при различных значениях т


(

Наиболее простой разновидностью данного вида передачи информации является двоичная фазовая манипуляция BPSK (Binary Phase Shift Keying). Множеству значений информационного сигнала {0,1} ставится в однозначное соответствие множество изменений фазы {0, тг}. При изменении значения информационного сигнала фаза радиосигнала изменяется на тт. Таким образом, сигнал BPSK можно записать в виде:

U(t)=


ACOS (mt+фо), c(t)=1 Acos (wt+TT+(po)= Acos (cot -кро), c(t)=0 9

Удобным средством анализа характеристик модулированных сигналов является отображение их с помощью полярных и квадратурных диаграмм в виде сигнальных созвездий.

Известно, что модулированный сигнал с произвольным видом модуляции можно представить в виде:

U(t) = l(t) cos (o>0t) - Q (t) sin (co0t)

где l(t) и Q(t) называются синфазной и квадратурной составляющими модулирующего сигнала соответственно. Низкочастотные сигналы l(t) и Q(t) формируются из исходного сообщения аппаратным или программным способом. Закон, по которому выполняется это преобразование, определяет вид модуляции сигнала. В общем случае при использовании цифровых модулирующих сигналов их количество значений может быть произвольным. Число этих значений называется позиционностью модуляции и обозначается т. В простейшем случае m равно 2. Например, при амплитудной манипуляции значение амплитуды несущей, соответствующее логической «1» будет равно Uo, логическому «О» будет соответствовать нулевая амплитуда (отсутствие сигнала). Соответственно число возможных значений синфазных l(t) и квадратурных Q(t) компонент для формирования U(t) ограничено тем же числом значений. Множество возможных значений квадратурных компонент принято отображать на декартовой плоскости, показанной на рисунке 4, где по оси абсцисс отложены значения синфазной составляющей, а по оси ординат - квадратурной. Такую диаграмму называют сигнальным созвездием.

*

Рис. 4. Изображение синфазной и квадратурных компонент на декартовой плоскости.

Радиосигнал в этом случае представляется в виде двухмерной точечной диаграммы на комплексной плоскости, точками на которой являются все возможные символы, представленные в гео-