短波和超短波通信系统24课件.ppt
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1、第二章第二章 短波和超短波通信系统短波和超短波通信系统一、短波信道和超短波信道的特性一、短波信道和超短波信道的特性二、短波通信系统二、短波通信系统三、短波自适应通信系统三、短波自适应通信系统四、短波通信系统的应用与发展四、短波通信系统的应用与发展五、超短波通信系统五、超短波通信系统第二章第二章 短波和超短波通信系统短波和超短波通信系统二、短波通信系统二、短波通信系统(一)短波通信系统的组成及工作原理(一)短波通信系统的组成及工作原理现代短波通信系统一般由带自适应链路建现代短波通信系统一般由带自适应链路建立功能的收发信主机、自动天线耦合器、电源立功能的收发信主机、自动天线耦合器、电源以及一些扩展
2、设备,如高速数据调制解调器、以及一些扩展设备,如高速数据调制解调器、大功率放大器等部分组成,如下图所示:大功率放大器等部分组成,如下图所示:收发信收发信主机主机电源电源自动天自动天线耦合线耦合器器A调制解调制解调器调器扩展设扩展设备备500W功放功放自动天自动天线耦合线耦合器器B现代短波通信系统方框图现代短波通信系统方框图(一)短波通信系统的组成及工作原理(一)短波通信系统的组成及工作原理1主机主机收发信机主机一般由收发信道部分、频率收发信机主机一般由收发信道部分、频率合成器部分、逻辑控制部分、电源和一些选件合成器部分、逻辑控制部分、电源和一些选件组成,现代收发信机多了自适应选件,能借助组成,
3、现代收发信机多了自适应选件,能借助收、发信道完成自动链路的建立。收、发信道完成自动链路的建立。频率合成器频率合成器电源电源逻辑控制逻辑控制信道部分信道部分选件选件收发信机主机方框图收发信机主机方框图1主机主机(1)信道部分)信道部分通常由选频滤波、频率变换、调制解调、音通常由选频滤波、频率变换、调制解调、音频功率放大、射频功率放大、频功率放大、射频功率放大、AGC(自动增益控(自动增益控制)电路、制)电路、ALC(自动电平控制)电路、收(自动电平控制)电路、收/发发转换电路等组成。转换电路等组成。1主机主机(1)信道部分)信道部分当处于发射状态时,其主要功能是将音频信号经音频当处于发射状态时,
4、其主要功能是将音频信号经音频放大送至调制器进行调制,形成单边带调制信号,然后再放大送至调制器进行调制,形成单边带调制信号,然后再经两次频率变换(频率搬移),将信号搬移到工作频率上经两次频率变换(频率搬移),将信号搬移到工作频率上(1.630MHz),之后对射频信号进行线性放大,功率),之后对射频信号进行线性放大,功率放大、滤波,保证有足够的纯信号功率输出,经天线向空放大、滤波,保证有足够的纯信号功率输出,经天线向空间传播;间传播;1主机主机(1)信道部分)信道部分当处于发射状态时当处于发射状态时音音频频放放大大调调制制载波载波混混频频1混混频频2激励激励1激励激励2线线性性放放大大功功率率放放
5、大大ALC控制电路控制电路1主机主机(1)信道部分)信道部分当处于接收状态时,则将在天线上感应的射频信号加当处于接收状态时,则将在天线上感应的射频信号加到选频网络,利用该网络选择出有用信号,经射频放大或到选频网络,利用该网络选择出有用信号,经射频放大或直接输入到混频器对射频信号进行频率变换(一般进行两直接输入到混频器对射频信号进行频率变换(一般进行两次混频),将信号搬移到低中频,然后对低中频信号放大次混频),将信号搬移到低中频,然后对低中频信号放大后进行解调,还原成音频信号,再经音频功放推动扬声器后进行解调,还原成音频信号,再经音频功放推动扬声器发声。为了使收信信号输出稳定,发射功率输出平稳,
6、信发声。为了使收信信号输出稳定,发射功率输出平稳,信道部分一般要加入自动增益控制电路和自动电平调整电路。道部分一般要加入自动增益控制电路和自动电平调整电路。1主机主机(1)信道部分)信道部分当处于接收状态时当处于接收状态时选选频频网网络络射射频频放放大大混混频频1混混频频2本振本振1本振本振2中中频频放放大大解解调调AGC控制电路控制电路音音频频功功放放扬扬声声器器载波载波1主机主机(2 2)频率合成器频率合成器一般由几个锁相环组成,产生信道部分实一般由几个锁相环组成,产生信道部分实现频率变换(混频)、调制解调所需的稳定的现频率变换(混频)、调制解调所需的稳定的激励、本振和载波信号。现代频率合
7、成器一般激励、本振和载波信号。现代频率合成器一般采用数字式频率合成技术,使频率合成器的体采用数字式频率合成技术,使频率合成器的体积大大缩小。积大大缩小。1主机主机(3 3)逻辑控制电路)逻辑控制电路现代通信设备中的逻辑控制电路一般采用单片机现代通信设备中的逻辑控制电路一般采用单片机控制技术或嵌入式系统技术。逻辑控制电路通常包括控制技术或嵌入式系统技术。逻辑控制电路通常包括微处理器系统(包括微处理器系统(包括CPUCPU、程序存储器、数据存储器、程序存储器、数据存储器等)、输入与输出电路、键盘控制电路、数字显示电等)、输入与输出电路、键盘控制电路、数字显示电路及扩展电路的接口等。逻辑控制电路将控
8、制整个设路及扩展电路的接口等。逻辑控制电路将控制整个设备的工作状态,协调与扩展电路的联系,扩展能力的备的工作状态,协调与扩展电路的联系,扩展能力的强弱是体现设备先进的重要标志。强弱是体现设备先进的重要标志。1主机主机(4 4)电源部分)电源部分提供主机内各部分的直流电源。提供主机内各部分的直流电源。(5 5)选件)选件根据用户的不同要求,完成某一个或某几根据用户的不同要求,完成某一个或某几个特殊要求,可选择不同的选件。个特殊要求,可选择不同的选件。(一)短波通信系统的组成及工作原理(一)短波通信系统的组成及工作原理2自动天线耦合器自动天线耦合器随着频率的变化,天线将呈不同的特性阻抗。自随着频率
9、的变化,天线将呈不同的特性阻抗。自动天线耦合器的作用是将变化的阻抗通过天线耦合器动天线耦合器的作用是将变化的阻抗通过天线耦合器的匹配网络与功放输出的阻抗完全匹配,使天线得到的匹配网络与功放输出的阻抗完全匹配,使天线得到最大功率,提高发射效率。目前,自动天线耦合器主最大功率,提高发射效率。目前,自动天线耦合器主要由射频信号检测器部分、匹配网络部分和微处理器要由射频信号检测器部分、匹配网络部分和微处理器系统等电路组成。系统等电路组成。微处理器系统微处理器系统电源电源射频信号检测射频信号检测匹配网络匹配网络射频输入射频输入2自动天线耦合器自动天线耦合器(1)射频信号检测部分)射频信号检测部分通常由通
10、常由3个检测器电路组成,分别对射频个检测器电路组成,分别对射频信号的相位、阻抗及驻波比进行检测,并将检信号的相位、阻抗及驻波比进行检测,并将检测的数据送给微处理器系统作为调谐匹配的依测的数据送给微处理器系统作为调谐匹配的依据。检测器的精度直接影响调谐的准确性。据。检测器的精度直接影响调谐的准确性。2自动天线耦合器自动天线耦合器(2)匹配网络)匹配网络一般由可变串联电感、可变并联电容等元一般由可变串联电感、可变并联电容等元件组成。微处理器系统经过处理运算,输出驱件组成。微处理器系统经过处理运算,输出驱动继电器的控制信息,使相应的电感、电容介动继电器的控制信息,使相应的电感、电容介入匹配电路达到天
11、线与功放输出阻抗匹配的目入匹配电路达到天线与功放输出阻抗匹配的目的。的。2自动天线耦合器自动天线耦合器(3)微处理器系统)微处理器系统为自动天线耦合器的核心,是由单片机组成的电路系为自动天线耦合器的核心,是由单片机组成的电路系统,其作用是根据检测器所提供的信息进行判断、处理,统,其作用是根据检测器所提供的信息进行判断、处理,输出一组控制匹配网络的数据,并调整其匹配网络参数,输出一组控制匹配网络的数据,并调整其匹配网络参数,判断是否匹配,如未达到匹配目的,微处理器系统将再输判断是否匹配,如未达到匹配目的,微处理器系统将再输出一组控制数据进行判断,直到网络参数满足匹配条件为出一组控制数据进行判断,
12、直到网络参数满足匹配条件为止。在工作频率变化后,应重复上述调谐步骤,对所工作止。在工作频率变化后,应重复上述调谐步骤,对所工作的频率完成调谐匹配功能。的频率完成调谐匹配功能。o(一)短波通信系统的组成及工作原理(一)短波通信系统的组成及工作原理3电源电源交交-直流变换电源一般是中功率电源,提供直流变换电源一般是中功率电源,提供系统各部分的电源。较常见的有开关电源系统各部分的电源。较常见的有开关电源和线性稳压电源。和线性稳压电源。二、短波通信系统二、短波通信系统(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输用短波和超短波传输数据信号时,由于短用短波和超短波传输数据信号时,由于短波、超短波信号传播方
13、式不同,它们所体现的波、超短波信号传播方式不同,它们所体现的数据传输性能也不尽相同。与超短波相比,天数据传输性能也不尽相同。与超短波相比,天波传播的特殊性限制了传输速率的提高和误码波传播的特殊性限制了传输速率的提高和误码率性能的改善,因此,必须采取相关技术来提率性能的改善,因此,必须采取相关技术来提高短波信道上数据信号的传输速率。高短波信道上数据信号的传输速率。(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输1短波信道对数据传输的影响短波信道对数据传输的影响从物理概念上,短波信道对数据信号传输从物理概念上,短波信道对数据信号传输的影响主要表现在以下几方面:的影响主要表现在以下几方面:(1)多径效应
14、引起的衰落使传输的数据)多径效应引起的衰落使传输的数据信号幅度减小,甚至完全消失,这是造成短波信号幅度减小,甚至完全消失,这是造成短波数据通信中出现突发错误的主要原因。数据通信中出现突发错误的主要原因。(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输(2)多径效应引起的波形展宽是传输的)多径效应引起的波形展宽是传输的数据码元间互相串扰,这是限制数据速率的主数据码元间互相串扰,这是限制数据速率的主要原因。要原因。(3)电离层快速运动和反射层高度变化)电离层快速运动和反射层高度变化引起的多普勒频移,使发射信号要的频率结构引起的多普勒频移,使发射信号要的频率结构发生变化,相位起伏不定,从而造成数据信号发
15、生变化,相位起伏不定,从而造成数据信号的错误接收。的错误接收。(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输2短波数据传输系统的抗多径和抗衰落的措施短波数据传输系统的抗多径和抗衰落的措施在传统的短波数据传输系统中,信道误码率通常是在传统的短波数据传输系统中,信道误码率通常是10-210-3的数量级。的数量级。严重的衰落以及由于多径引起的严重的衰落以及由于多径引起的码元串扰限制了通信质量的进一步提高。近几年来,由码元串扰限制了通信质量的进一步提高。近几年来,由于在短波数据传输系统中采用了各种有效的抗衰落和抗于在短波数据传输系统中采用了各种有效的抗衰落和抗多径(通常是指码元串扰)措施,系统的误码率差
16、不多多径(通常是指码元串扰)措施,系统的误码率差不多减少了两个数量级,达到减少了两个数量级,达到10-510-6。目前,在短波线目前,在短波线路上广泛采用以下路上广泛采用以下4种抗衰落和抗多径的技术措施:种抗衰落和抗多径的技术措施:(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输2短波数据传输系统的抗多径和抗衰短波数据传输系统的抗多径和抗衰落的措施落的措施(1)高频自适应技术)高频自适应技术;(2)抗衰落性能良好的调制键控技术)抗衰落性能良好的调制键控技术(3)分集接收技术;)分集接收技术;(4)差错控制技术)差错控制技术(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输2短波数据传输系统的抗多径和抗衰
17、短波数据传输系统的抗多径和抗衰落的措施落的措施(1)高频自适应技术)高频自适应技术包括频率自适应、速率自适应、功率自包括频率自适应、速率自适应、功率自适应、自适应均衡等,尤其是频率自适应技适应、自适应均衡等,尤其是频率自适应技术,术,是是目前抗多径和抗干扰的有效措施。目前抗多径和抗干扰的有效措施。(二)短波高速数据传输(二)短波高速数据传输(2)抗衰落性良好的调制键控技术,时)抗衰落性良好的调制键控技术,时频调制技术就是其中的一种。频调制技术就是其中的一种。(3)分集接收技术,在给定信号形式的)分集接收技术,在给定信号形式的条件下,接收端通过接收信号的某些处理来提条件下,接收端通过接收信号的某
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