Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Схемотехника мобильных радиостанций

Покупка
Новинка
Артикул: 824643.01.99
Доступ онлайн
350 ₽
В корзину
Монография содержит краткое схемотехническое описание радиотрактов современных мобильных радиостанций, достаточное для понимания начинающими читателями. Многочисленные примеры схем облегчают восприятие ма-териала. В книге содержится минимально необходимая информация по видам модуляции, применяемым в современных аналоговых и цифровых радиостанциях. Монография предназначена для студентов радиотехнических специальностей высших учебных заведений. Она может быть полезной и инженерам, проектирующим и эксплуатирующим современные средства мобильной связи
Микушин, А. В. Схемотехника мобильных радиостанций : монография / А. В. Микушин, В. И. Сединин. - Новосибирск : СибГУТИ, 2016. - 288 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2136501 (дата обращения: 29.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Федеральное агентство связи 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

 учреждение высшего образования  

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»  

(СибГУТИ) 

 

 
 

А.В. Микушин 

 

В.И. Сединин 

 
 
 
 
 
 

СХЕМОТЕХНИКА МОБИЛЬНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ 

 
 
 
 
 

2-е издание, переработанное и дополненное 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск  

2016 

 
 
УДК 681.325.5-181.8(07) 
 

 

Схемотехника мобильных радиостанций. Монография / А.В. Микушин,  
В.И. Сединин. – Новосибирск: СибГУТИ, 2016 г. – 288 с. 

 

Монография содержит краткое схемотехническое описание радиотрактов 

современных мобильных радиостанций, достаточное для понимания начинающими 
читателями. Многочисленные примеры схем облегчают восприятие материала. 
В книге содержится минимально необходимая информация по видам 
модуляции, применяемым в современных аналоговых и цифровых радиостанциях.  


Монография предназначена для студентов радиотехнических специально-

стей высших учебных заведений. Она может быть полезной и инженерам, проектирующим 
и эксплуатирующим современные средства мобильной связи. 
 
 
 
Иллюстраций – 26, список литературы – 72 названий. 
 
ISBN 978-5-91434-035-0 
 
Рецензенты: д.т.н., профессор, В.Д. Фроловский, 
 
            д.т.н., профессор, Ю.А. Пальчун. 

 
 
 
 
 
 
Утверждено РИС СибГУТИ в качестве монографии. 
 
 
 
 
 

© Сибирский государственный университет  
    телекоммуникаций и информатики, 2016  
© А.В. Микушин, В.И. Сединин, 2016 

 
 
 
 
Оглавление 

 

Введение………………………………………………………………………………………….. 5 
1. Построение сетей связи…………………………………………………………………... 7 

1.1. Построение сетей связи .................................................................................... 7 

1.1.1. Основные определения .............................................................................. 7 
1.1.2. Построение мобильных сетей радиосвязи ............................................... 9 

1.2.  Виды модуляции, применяемые в мобильных радиостанциях ................. 11 

1.2.1. Частотная модуляция ............................................................................... 12 
1.2.2. Фазовая модуляция................................................................................... 31 
1.2.3. Квадратурная амплитудная модуляция .................................................. 48 

1.3. Транкинговая связь ......................................................................................... 49 

1.3.1. Аналоговые системы транкинговой связи ............................................. 49 
1.3.2. Цифровые системы транкинговой связи ................................................ 51 

2. Схемотехника приёмников и передатчиков радиосвязи…………..………………55 

2.1. Параметры радиоприемников ........................................................................ 55 

2.1.1. Диапазон принимаемых частот ............................................................... 55 
2.1.2. Чувствительность приемника ................................................................. 57 
2.1.3. Избирательность приемника ................................................................... 59 
2.1.4. Параметры, обусловленные нелинейностью тракта приема ............... 61 
2.1.5. Динамический диапазон приемника ...................................................... 67 
2.1.6. Взаимное преобразование шумов гетеродина ....................................... 68 

2.2. Выбор архитектуры главного тракта приема сигналов .............................. 69 

2.2.1. Детекторный приемник. .......................................................................... 69 
2.2.2. Приемник прямого преобразования ....................................................... 71 
2.2.3. Приемник прямого усиления .................................................................. 75 
2.2.4. Супергетеродинный приемник ............................................................... 79 
2.2.5. Супергетеродинный приемник с двойным преобразованием        

частоты. ......................................................................................................... 83 

2.3. Аналоговая реализация цифровых радиостанций ....................................... 85 

2.3.1. Входные цепи ............................................................................................ 85 
2.3.2. Дуплексоры ............................................................................................... 87 
2.3.3. Распределители мощности сигнала ........................................................ 89 
2.3.4. Входной фильтр ........................................................................................ 92 
2.3.5. Керамические фильтры СВЧ ................................................................... 96 
2.3.6. Усилитель радиочастоты ......................................................................... 99 
2.3.7. Смесители ................................................................................................ 103 
2.3.8. Гетеродины.............................................................................................. 121 
2.3.9. Усилители промежуточной частоты .................................................... 158 
2.3.10. Фильтры основной избирательности ................................................. 158 
2.3.11. Пьезокерамические фильтры .............................................................. 159 
2.3.12. Кварцевые фильтры ............................................................................. 163 
2.3.13. Фильтры на поверхностных акустических волнах ........................... 166 
2.3.14. Линейные усилители промежуточной частоты ................................. 175 
2.3.15. Усилители-ограничители. .................................................................... 176 
2.3.14. Амплитудный детектор........................................................................ 178 
2.3.15. Фазовый детектор ................................................................................. 185 
2.3.16. Частотный детектор ............................................................................. 187 
2.3.17. Схемы автоматической регулировки усиления................................. 189 
2.3.18. Компенсационные стабилизаторы ...................................................... 190 

2.4. Усилители мощности цифровых радиостанций ........................................ 196 

2.4.1. Усилитель класса D ................................................................................ 196 
2.4.2. Усилитель класса E ................................................................................ 201 
2.4.3. Усилитель класса F ................................................................................. 205 

3. Реализация узлов приемопередатчиков радиосигналов в цифровом виде 
209 

3.1. Особенности цифровой обработки сигналов ............................................. 209 

3.1.1. Основные блоки микросхем цифровой обработки сигналов ............. 210 
3.1.2. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи ................ 222 
3.1.3. Виды аналого-цифровых преобразователей ........................................ 248 
3.1.4. Виды цифро-аналоговых преобразователей ........................................ 262 

3.2. Прямой цифровой синтез (DDS) ................................................................. 265 

3.2.1. Генераторы с цифровым управлением (NCO) ..................................... 266 
3.2.2. Микросхемы прямого цифрового синтеза ........................................... 270 

3.3. Квадратурные модуляторы (DUC) .............................................................. 271 

3.3.1. Интерполирующие цифровые фильтры ............................................... 273 

 
Список литературы……………………………………………………………….. 284 
 
 
Введение 

Развитие современных систем связи различного назначения влечет за со-

бой использование большого количества стационарных и мобильных радиоэлектронных 
средств (РЭС). Наряду с мобильными системами общего пользования (
сотовые системы связи), в настоящее время продолжают активно развиваться 
корпоративные (ведомственные) мобильные системы связи закрытого 
типа (транкинговые сети связи). 

Использование систем связи общего пользования, таких как городские те-

лефонные сети или сотовые системы связи, для организации связи в службах, 
предназначенных для использования в условиях чрезвычайной ситуации, таких 
как милиция, скорая помощь, пожарные, не говоря уже об армии, недопустимо. 
Расчет систем связи общего пользования производится на среднестатистическую 
нагрузку, создаваемую абонентами этой сети. В момент же чрезвычайной 
ситуации абоненты создают максимальную нагрузку, поэтому нагрузка на сеть 
связи общего пользования возрастает в сотни раз. В результате сеть общего 
пользования не справляется с нагрузкой и выходит из строя. 

Такая ситуация по свидетельству маршала советского союза Пересыпкина 

возникла в нашей стране в 1941 году, что привело к потере управления войсками. 
Американцы испытали подобную ситуацию 11 сентября 2001 года. 

Еще одной причиной развития корпоративных (ведомственных) мобиль-

ных систем связи является то, что характер деятельности предприятия может 
приводить к тому, что требуется временно или постоянно разворачивать сеть 
мобильной связи в малонаселенных участках страны, где экономически невыгодно 
разворачивать сети общего пользования (сотовые системы). В качестве 
примера можно назвать предприятия нефтяной и газовой добычи, линии электропередач, 
и т.д. 

Вышеперечисленные причины привели к тому, что корпоративные (ведом-

ственные) мобильные системы связи должны активно развиваться в ближайшие 
годы. 

Частотные диапазоны, в которых работают эти системы, их  ресурс к 

настоящему времени уже в основном распределены. Поэтому встаёт задача 
увеличения скорости передачи информации в заданной сетке частот, путём использования 
более эффективных методов модуляции. В настоящее время над 
этой проблемой активно работают такие известные фирмы как Motorola, Securi-
cor, National Semiconductors, Graychip, RF Micro Devices и др. Данной проблеме 
посвящены работы Joseph H. Gray, M. Georgian, J. Hill и ряда других авторов. 

Увеличение скорости передачи информации в заданной сетке частот  рас-

ширяет возможности систем мобильной связи по передаче дискретной информации. 
В результате одновременно с передачей речевого сигнала возможна передача 
дополнительной информации. Это может быть важным для силовых ведомств, 
скорой помощи, МЧС и др. структур, так как становится возможным 
обмен данными о состоянии объекта (пациента) непосредственно в движении 
или получение дополнительных сведений, касающихся проведения конкретной 
силовой операции. 
Увеличение скорости передачи дискретной информации возможно при 

применении более эффективных методов модуляции, таких как восьмипозици-
онная относительная фазовая модуляция или применении многочастотных 
(широкополосных) сигналов. Внедрение новых видов модуляции в транкинго-
вых системах связи встречается с рядом трудностей, связанных с повышением 
требований к аппаратуре связи. Прежде всего, это ужесточение требований к 
передающему и приёмному тракту мобильной и стационарной аппаратуры. 
Выполнение этих требований на современном этапе невозможно без использования 
полностью цифровых технологий, вплоть до оцифровки входного радиосигнала 
непосредственно с антенны. 

При реализации цифровым способом стационарного оборудования систем 

мобильной радиосвязи возможно построение многоканальных приемников с 
использованием одного цифрового потока с выхода антенны. При этом уменьшается 
стоимость и габариты оборудования базовых станций. Кроме того, появляется 
возможность применения устройств защиты от ошибок сразу на все 
радиоканалы, используемые базовой станцией сети мобильной связи. 

С точки зрения передатчиков внедрение новых видов цифровой модуляции 

приводит к ужесточению требований к линейности тракта передачи. Особенно 
это касается усилителей мощности радиопередатчиков. Для увеличения линейности 
усилителей применяются специальные методы, такие как введение 
предыскажений, использование декартовой и полярной обратной связей. Этим 
исследованиям посвящены работы P. Gray, R. Meyer, A. Dao. 

Ещё одна важная проблема, с которой приходится сталкиваться при внед-

рении новых методов модуляции – это уменьшение к.п.д. усилителей мощности 
передатчиков каналообразующей аппаратуры. Выходной сигнал современных 
видов цифровой модуляции, к сожалению, принципиально содержит амплитудную 
модуляцию, поэтому использование усилителей мощности с хорошо себя 
зарекомендовавшим себя классом "С" становится невозможным. Необходим 
поиск новых принципов построения цифровых усилителей мощности, с высоким 
кпд. 

В последнее время активно разрабатываются системы цифровой связи с 

мобильными объектами. В качестве примера можно назвать системы сотовой 
связи, такие как GSM или CDMA, конвенциальной и транкинговой связи, такие 
как TETRA, TETRAPOL или APCO-25, радиосетей передачи данных в УКВ 
диапазоне волн, такие как VDL–2, VDL–3 или VDL–4. 

 
 
1. ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ СВЯЗИ 

1.1. Построение сетей связи 

1.1.1. Основные определения 

Сеть связи – совокупность технических средств, обеспечивающих переда-

чу и распределение сообщений. Принципы построения сетей связи зависят от 
вида передаваемых и распределяемых сообщений. 

В настоящее время применяют следующие принципы построения (тополо-

гии) сетей: 

 "каждый с каждым" (рисунок 1.1). Сеть надежна, отличается оператив-

ностью и высоким качеством передачи сообщений. На практике применяется 
при небольшом числе абонентов; 

 

 

Рисунок 1.1. Топология сети "каждый с каждым" 

 радиальный ("звезда") (рисунок 1.2). Используется при ограниченном 

числе абонентских пунктов, расположенных на небольшой территории; 

 

 

Рисунок 1.2. Топология сети связи "звезда" 
 радиально-узловой (рисунок 1.3). Такую структуру имеют городские те-

лефонные сети, если емкость сети не превышает 80...90 тысяч абонентов; 

 

 

Рисунок 1.3. Радиально-узловая топология сети 

 радиально-узловой с узловыми районами (рисунок 1.4). Используется при 

построении телефонных сетей крупных городов.  

 

 

Рисунок 1.4. Топология радиально-узловой сети с узловыми районами 

 
 
1.1.2. Построение мобильных сетей радиосвязи 

На сегодняшний день в мире существуют различные системы радиосвязи.  
Симплексная связь – это самый простой режим связи, для выхода в эфир 

достаточно нажать кнопку и вызвать желаемого абонента голосом. Достоинствами 
данного метода является простота и низкая стоимость. Недостатком 
необходимость работы  либо «на прием», либо «на передачу». Такая радиостанция 
имеет небольшие размеры, относительно низкую стоимость и возможность 
передавать информацию на расстояние от 50 до 70 км. На рисунке 1.5 
приведена схема симплексной радиосвязи.  

 

При наличии двух номиналов частот (дуплексной пары) возможна органи-

зация радиосети с использованием ретранслятора, расположенного на самой 
высокой точке местности, (полудуплекс), что позволяет значительно увеличить 
дальность радиосвязи в УКВ диапазоне. Особенно значительный выигрыш получается 
на сильно пересеченной или гористой местности. 

Ретранслятор принимает сигнал на частоте F1, демодулирует его, усилива-

ет, и передает на частоте F2. Время, затрачиваемое на обработку сигнала, не 
должно превышать 100мс для обеспечения неразрывности связи. Ретранслятор 
работает в дуплексном режиме, то есть прием и передача осуществляются одновременно. 


Частота передачи всех абонентских станций, работающих через ретрансля-

тор, равна F1, а частота приема – F2. Абонентские радиостанции работают при 
этом в режиме двухчастотного симплекса – полудуплекса.  
 
 

f1

f1
f1

Рисунок 1.5. Симплексная радиосвязь

Объект 

1 
Объект 

2 

Объект 

3 
На рисунке 1.6. приведена схема полудуплексной радиосвязи. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В дуплексном режиме связи так же используется разнос приемной и пе-

редающей частот, но в этом случае – прием и передача ведутся одновременно. 
Дуплексный режим предъявляет более высокие требования к абонентскому 
оборудованию – радиостанции должны работать одновременно на прием и передачу. 
Это приводит к увеличению габаритов и стоимости радиостанций, за 
счет применения дуплексного фильтра и увеличения ёмкости аккумуляторов. 
Этот режим удобен в системах радиосвязи с выходом в телефонную линию. На 
рисунке 1.7 приведена схема радиосвязи в дуплексном  
режиме с выходом в телефонную линию. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

Рисунок 1.7. Дуплексная радиосвязь через ретранслятор с выходом 

в телефонную линию 

 
 
 
                                               f1     f2                                           f2       f1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 1.6. Полудуплексная радиосвязь через ретранслятор 

Объект
   №1 

Ретрансля-

тор 

Объект
    №2 

 
 
 
 

        f1       f2                                    f2        f1 

 
 
 
 
 
 
 
 

Ретранс
транслятор


Объект

№2

Объект

№1

Тел.сеть
общего
пользо

 

 
 

                                                   f1       f2                      f2       f1 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Ретранс
транслятор


Объект 
    №2 

Объект 
    №1 

Тел.сеть
общего 
пользования.

1.2. Виды модуляции, применяемые в мобильных радиостанциях 

Очень важной характеристикой модуляции является ее спектральная эф-

фективность. Спектральная эффективность цифровой модуляции определяется 
как отношение количества переданных бит в единицу времени к полосе частот, 
занимаемую каналом связи. 

Наиболее известные виды цифровой модуляции приведены в таблице 1.1. 
 

Таблица 1.1. Виды цифровой модуляции 

Вид модуляции
Общепринятое

сокращение

Частотная модуляция
FSK

Многопозиционная частотная модуляция
MFSK

Частотная модуляция с непрерывной фазой
CPFSK

Модуляция с минимальным сдвигом (быстрая частотная 
модуляция)
MSK (FFSK)

Гауссовская модуляция с минимальным сдвигом
GMSK

Частотная модуляция со сглаживанием
TFM

Двухпозиционная фазовая манипуляция
BPSK

Квадратурная фазовая модуляция
QPSK

Квадратурная фазовая модуляция со смещением 
квадратур
OQPSK

Дифференциальная квадратурная фазовая 
модуляция
DQPSK

Квадратурная амплитудная модуляция
QAM

 
Каждый из видов модуляции, приведённых в таблице 1.1, подходит для 

своего, особого применения. Обычно виды модуляции с передачей двух или 
более бит в одном символе требуют большего отношения сигнал/шум для одной 
и той же вероятности ошибки по сравнению с двоичными видами модуляции. 
Кроме того, при применении в системе мобильной радиосвязи, недвоичные 
виды модуляции обычно требуют применения усилителя мощности с 
большей линейностью.  

Большинство видов модуляции, приведённых в таблице 1.1, являются син-

хронными. При скорости передачи данных большей 1200 бит/с или при подверженности 
среды передачи сигнала воздействию замираний синхронные методы 
передачи данных получают преимущество перед асинхронными. Синхронная 
передача данных характеризуется присутствием сигнала синхронизации 
данных, который можно выделить непосредственно из передаваемого сигнала. 


Ещё одной важной характеристикой канала передачи данных является его 

полоса частот. Цифровые модулированные данные с резкими переходами из 
нуля в единицу и из единицы в ноль приводят к спектру с богатым содержанием 
гармоник, что неприемлемо для радиосигнала. Следовательно, предпочти-
тельны виды цифровой модуляции, которые занимают минимальную полосу 
частот. 

Как подразумевалось ранее, процесс цифровой модуляции преобразует из-

менение состояния данных в изменение фазы, частоты, амплитуды или изменение 
всех трёх параметров несущего колебания. 

После сглаживания переходов (неоднородностей) фазы, частоты или ам-

плитуды, проведя частотный анализ полученного несущего колебания,  мы можем 
увидеть, что полоса частот, занимаемая им в эфире, сокращается. 

Целое семейство видов модуляции, называемое сигналами с непрерывной 

фазой (CPM), минимизирует спектр передаваемого сигнала за счет исключения 
разрыва фазы. Изменение состояния сигналов с непрерывной фазой характеризуется 
плавным изменением фазы и частоты, в то время как амплитуда несущей 
остаётся постоянной (т.е. это фазовая или частотная модуляция).  

Для сравнения эффективности разных типов цифровой модуляции необхо-

димо четко определить разницу между понятиями битовой и символьной скорости. 
Ширина полосы частот, занимаемых сигналом в канале связи, зависит от 
символьной, а не от битовой скорости. В то же время битовая скорость связана 
с символьной следующим выражением: 

символе
одном
в
ых
передаваем
бит
Количество

скорость
Битовая
скорость
Символьная
_
_
_
_
_

_
_

 

Битовая скорость совпадает с частотой тактовой синхронизации битового 

потока системы. Символьная скорость меньше битовой скорости на количество 
бит, которые могут быть переданы одним символом. Символьную скорость передачи 
данных измеряют в бодах, поэтому иногда символьную скорость называют 
также бодовой скоростью. Битовую скорость измеряют в бит/с. Достаточно 
часто этот параметр заменяют бодами, однако это справедливо только для 
двоичных видов модуляции. 

 

1.2.1. Частотная модуляция 

Простейшим видом модуляции с постоянной амплитудой является двоич-

ная частотная модуляция FSK. При этом типе модуляции полезный сигнал 
формируется из отрезков двух синусоид:  

                                                    
)
cos(
)
(
1
1
t
t
s



                                            (1.1) 

                                                             и 

                                                    
)
cos(
)
(
2
2
t
t
s



 ,                                          (1.2) 

где сигнал s1 используется для передачи логического нуля, а сигнал s2 –  

для передачи логической единицы. 

Структурная схема модулятора, реализующая такой вид частотной моду-

ляции, приведена на рисунке 1.8.  
Доступ онлайн
350 ₽
В корзину