Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Гарус П.А., Овсяников В.В.

ГВУЗ «Национальный горный университет», Днепропетровск

Исследование характеристик системы связи с сверхширокополосными импульсами длительностью 1 - 2 нс

Введение

В век бурного развития информационных технологий постоянно растет потребность в передаче большого количества информации при помощи беспроводных систем связи.

При использовании узкополосных систем связи весь допустимый частотный диапазон разбивается на множество выделенных частотных каналов. Однако разрешенный для вещания диапазон ограничен, а желающих его использовать становится все больше. Кроме того, применение узкополосной связи для передачи цифровых данных накладывает жесткие ограничения на скорость передачи информации, которая ограничивается допустимой шириной спектра сигнала. Сверхширокополосная технология связи реализует принципиально иной способ передачи данных. В этой технологии для передачи информации используется последовательность сверхкоротких импульсов.

При разработке сверхширокополосных систем связи одной из главных задач является обеспечение электромагнитной совместимости с уже существующими системами связи, внедрение законодательных норм и правил, регламентирующих параметры и свойства таких систем.

Одним из важнейших элементов любой приемопередающей системы является антенна. Сверхширокополосные системы связи предъявляют к антеннам, кроме общих требований, еще и свои специфические. Одно из таких требований – широкий диапазон рабочих частот. Антенна должна сохранять хорошее согласование с линией передачи и иметь минимальное изменение формы диаграммы направленности в рабочем диапазоне частот. Передатчик и приемник также должны учитывать особенности организации связи с использованием нано- и пикосекундных импульсов. Сверхширокополосная система связи, кроме обеспечения высокой скорости передачи информации, надежности в эксплуатации, должна иметь низкую себестоимость ее производства для обеспечения конкурентной способности перед другими системами связи.

Структурная схема приемопередающей системы

Рассмотрим обобщенную структурную схему приемопередающей системы (рис.1)

Рисунок 1 – Структурная схема приемопередающей системы

Входная информация поступает на модулятор, где выполняется временная импульсно-позиционная модуляция. Модулированный сигнал подается на формирователь временной задержки. На формирователь временной задержки также подаются сигналы тактового и кодового генератора. Назначение кодового генератора – повысить помехозащищенность системы и обеспечить возможность одновременной связи с несколькими приемниками, а также защиту передаваемой информации. Далее сигнал поступает на формирователь наносекундных импульсов, который фактически является передатчиком. Он выполняет формирование мощного импульса с необходимой длительностью и амплитудой. Как правило, в сверхширокополосных системах длительность импульса составляет от сотен пикосекунд до единиц наносекунд. Интервал следования импульсов может колебаться в пределах от десятков до тысяч наносекунд. Амплитуда импульсов – от нескольких десятков вольт до нескольких киловольт. Питание импульсного ключа осуществляется от высоковольтного источника. Для цифровых сигналов качество приема определяется вероятностью ошибки:

(1)

где h² = (P_C/P_Ш)_ВХ – соотношение на входе приемника;

Р_{ОШ ДОП} – допустимый уровень вероятности ошибки.

Помехоустойчивость широкополосных сигналов определяется также по формуле (1), но h² является модифицированным:

, (2)

где n – база сигнала;

Р_П – мощность действующих помех.

Таким образом, в СШП системах мощность помех уменьшается в n раз. Такой сверхкороткий во временной области импульс в частотной области является сверхширокополосным сигналом, поскольку ширина полосы и расположение центральной частоты зависят от длительности импульса.

Неотъемлемой составной частью радиопередающих и радиоприемных средств являются антенные системы. Назначение передающей антенны состоит в преобразовании направляемых электромагнитных волн, распространяющихся от передатчика по линии передачи тракта, в расходящиеся электромагнитные волны свободного пространства.

Приемная антенна, напротив, преобразует падающие на ее свободные пространственные волны в направляемые по линиям передачи волны, поступающие в приемный тракт. Это преобразование свободных электромагнитных волн в связанные неизбежно сопровождается некоторым обратным излучением. После обратного излучения приемной антенны накладывается на первичное поле передающей антенны таким образом, что общая переносимая на бесконечность мощность этих двух полей оказывается уменьшенной на излученную приемной антенной из падающего на нее поля мощность. Принципиальной разницы между устройством передающей и приемной антенн нет. Любая антенна может использоваться и для радиопередачи и для радиоприема. Поэтому в ряде радиосистем функции излучения и приема радиоволн могут успешно осуществляться одной и той же антенной.

Сигнал, принятый антенной поступает на приемник, далее на коррелятор, куда также поступает сигнал от формирователя временной задержки. В связи с тем, что сигнал имеет широкую полосу, во входных каскадах приемника отсутствуют фильтры. В свою очередь на формирователь поступают сигналы тактового и кодового генераторов. На выходе коррелятора получаем информацию для дальнего декодирования и обработки.

СШП приемник по своей схем технике является более простым, чем узкополосный. Полоса частот принимаемых сигналов для такого приемника от десятков или сотен килогерц до единиц гигагерц. Безусловно, столь широкая полоса предъявляет специфические требования к элементам применяемым для построения приемника.

Литература

1. И. Шахнович “Сверхширокополосная связь” – “ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес № 4”, 2001

2. И. Иммореев, А. Судаков “Сверхширокополосные и узкополосные системы связи. Совместная работа в общей полосе частот” – “Связь и телекоммуникации №2”, 2003