Преобразователь частоты

Введение

Назначением цифровых синтезаторов частот является генерация сигнала или тактовых импульсов произвольной частоты из сигнала фиксированной частоты. Основной особенностью является точное соотношение фаз, а значит и частот, опорного и генерируемого сигнала.

Технология синтеза частот используется в самых различных областях — от измерительного оборудования до средств беспроводной связи и радиолокации. Во многих случаях характеристики используемых синтезаторов являются определяющими при формировании функциональных возможностей и техничесих параметров разрабатываемых систем. Поэтому улучшение характеристик всегда остается актуальной задачей .

Существует множество способов построения синтезаторов, например, основанный на переносе частот и переключении смесителей с соответствующими фильтрами, прямой цифровой синтез, основанный на генерации цифровых сигналов sin(x), cos(x) с последующим цифро-аналоговым преобразованием, косвенный метод на основе систем фазовой автоподстройки. Часто используется комбинация перечисленных способов .

Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки также, как и ограничения, связанные с возможностями элементной базы. Например, для генерации частоты с помощью прямого цифрового синтеза (DDS1) на ряду с ограничением по скорости самой микросхемы, необходима высокая тактовая частота, генерация которой само по себе является не совсем простой задачей, поскольку кварцевые генераторы обладают сравнительно низкой частотой. Сейчас на рынке доступны микросхемы DDS с тактовой частотой до 1GHz, что позволяет произвести выходной сигнал с произвольной частотой до 500 MHz2, минус запас на фильтрацию. Для синтеза более высоких частот используют методы на основе систем фазовой автоподстройки. Эти методы получили на сегодняшний день очень широкое распространение благодаря появлению цифровых фазо-частотных детекторов, позволяющих работать в широком диапазоне частот, и высокоскоростных цифровых делителей, со входной частотой до десятков гигагерц.

Однако, как и у любой физически реализуемой системы, у нее есть свои особенности, влияющие на результирующие характеристики выходного сигнала. Часть из них может быть компенсирована. Анализу и возможному устранению негативного влияния ряда особенностей и посвящена данная работа.

1

2На первой гармонике. На последующих можно получить и выше, однако в таком случае уменьшается как уровень сигнала, так и его качество

Основные виды и их особенности

Делители частоты в зависимости от своей конструкции и назначения могут быть различными. Рассмотрим основные виды делителей частоты и их особенности:

Вид делителя	Особенности
Активные делители	Активные делители используют активные элементы (транзисторы) для деления частоты. Они обладают высокой точностью и широким диапазоном частот, но требуют дополнительного питания.
Пассивные делители	Пассивные делители используют только пассивные элементы (резисторы, конденсаторы) для деления частоты. Они обладают более ограниченным диапазоном частот и низкой точностью, но не требуют дополнительного питания.
Частотно-зависимые делители	Частотно-зависимые делители используют элементы, такие как индуктивности или конденсаторы, которые влияют на частотную характеристику делителя. Они часто применяются в специальных приложениях с требованием выборочного деления частоты.

Выбор видов делителей частоты зависит от конкретных требований и условий применения. Каждый вид делителя имеет свои преимущества и ограничения.

Как рассчитать Xc

Сила тока цепи с постоянными показателями напряжения в момент работы электроконденсатора равно 0. Ее значения в цепи с переменным напряжением после подключения конденсатора I ? 0. В итоге, цепочке с непостоянным напряжением конденсатор придает Xc меньшее, чем цепочке с неизменным показателем напряжения.

Формула вычисления показателя напряжения за одну секунду

Формула расчета величины силы электротока за мгновение

Получается, что изменения напряжения отличаются по фазе от изменений тока на π/2.

По закону, сформулированному Омом, показатели силы электротока находятся в прямой пропорциональной зависимости от величины напряжения цепи. Формула вычисления наибольших величин напряженности и силы тока:

Наибольшие величины напряженности и силы тока можно рассчитывать по формулеОкончательная формула расчета емкостного сопротивления в цепи переменного тока

ω = 2πf.

f — показатель частоты непостоянного тока, измеряется в герцах;

ω — показатель угловой частоты тока;

С — размер конденсатора в фарадах.

Важно! Xc не выступает параметром проводника, оно находится в зависимости от такой характеристики электроцепи, как частота электротока. Повышение значений данной величины вызывает рост пропускающей способности конденсатора (предел его сопротивления току непостоянному понижается). Повышение значений данной величины вызывает рост пропускающей способности конденсатора (предел его сопротивления току непостоянному понижается)

Повышение значений данной величины вызывает рост пропускающей способности конденсатора (предел его сопротивления току непостоянному понижается).

Представим, к цепи подключен конденсатор, емкостью 1 мкФ. Необходимо вычислить, уровень емкостного сопротивления при величине частоты 50 Гц и как изменится емкостное сопротивление цепи переменного тока при частоте 1 кГц. Амплитуда напряжения, подведенного к конденсатору, составляет 50 В.

После введения данных в формулу, определяющую Xc, и получаются значения:

Результат для частоты 50 ГцРезультат для 1 кГц

Емкостное сопротивление приравнивается к соотношению отклонений колебаний напряжения зажимов электрической цепочки с емкостными параметрами (с небольшими индуктивным и активным сопротивлениями) к колебаниям электротока цепочки. Она равнозначна электроконденсатору.

Кодовые последовательности Уолша

Разберемся каким свойство обладает последовательность Уолша, которая позволяет разделять один канал от другого. 

Совокупность, есть множество КП Уолша. Они двоичны и принимаю два значения, иногда пишут, что они принимают значение {1;-1} или {1;0}. Но мы будем использовать {1;-1}. 

Коды Уолша применяются для кодового разделения каналов, так как они ортогональны друг с другом. Если возьмем N последовательностей Уолша, эти последовательности тоже будут иметь длину N и вот эта совокупность из N последовательностей будет образовывать ортогональную систему. Например, у нас 8 последовательностей Уолша, и эти 8 последовательностей будут образовывать ортогональную систему. Если из этой системы, любые две последовательности возьмем и посчитаем для них корреляцию и если корреляция будет равна нулю, то последовательности ортогональны. 

Четыре последовательности в в каждой последовательности 4 переменные. Если возьмем любые две последовательности и посчитаем для них корреляцию. Рассмотрим ортогональную систему последовательностей Уолша 4×4:

a1 — одна последовательность и a3 — другая последовательность, нужно их посимвольно перемножить одну с другой. 

И результат перемножения суммируем. Если в результате получился 0, то такие коды являются ортогональными. 

Как осуществляется подключение преобразователя частоты?

Если рассмотреть монтаж преобразователя частоты схематически, то вес процесс сводиться к соединению контактов самого устройства, электродвигателя и управляющего блока-предохранителя. Достаточно соединить провода всех элементом, подключить двигатель к сети и запустить его.

На первый взгляд, ничего сложного в этом нет, но, на самом деле, процедура монтажа имеет некоторые свои нюансы:

Очень важно, чтобы в цепи между самим частотником и источником питания был установлен предохранитель. Он позволит своевременно отключать устройства в случае перепадов напряжения, сохраняя их работоспособность

Примечательно, что при подключении к трехфазной сети, необходимо, чтобы сам предохранитель также был трехфазным, но имел общий рычаг для отключения. Это даст возможность отключать питание сразу на всех фазах даже, если только на одной случилось короткое замыкание или перегрузка. Если преобразователь подключается к однофазной сети, то и предохранитель должен быть однофазным. В данном случае при расчетах необходимо учитывать ток только одной фазы, но умноженный на 3. Всегда стоит помнить, что в инструкции практически к любому преобразователю указаны требования и нормы по его установке. С ними необходимо ознакомиться еще до начала работ.
Фазовые выходы частотного преобразователя подключаются к контактам самого электродвигателя. При этом в зависимости от напряжения частотника обмотки двигателя могут иметь формацию «звезда» или «треугольник».  Обычно на корпусе двигателя указано два значения напряжения. Если частотник соответствует меньшему, то обмотки соединяются «звездой», если большему – «треугольником». Вся эта информация обычно пропечатывается в инструкции.
В комплекте практически с каждым преобразователем частоты прилагается выносной пульт управления. Он не является обязательным элементов цепи, ведь на самом устройстве также есть свои элементы управления, но позволяют существенно упростить работу с оборудованием. Пульт можно монтировать на любом расстоянии от частотника. Обычно делается это следующим образом: преобразователи частоты, которые имеют низкую степень защиты располагаются подальше от двигателя, а сам пульт выносится непосредственно к рабочему месту около оборудования.

Не менее важным этапом установки частотного преобразователя является его тестовый запуск. Он осуществляет по следующей схеме:

• После подключения всех элементов системы (предохранитель, панель управления, частотник, двигатель) необходимо перевести рукоять на пульте управления в активное положение на несколько градусов.
• Тумблеры предохранителя переключить в положение «ВКЛ». После этого на частотном преобразователи должны загореться световые индикаторы, которые будут сигнализировать, что оборудование подключено правильно, а двигатель должен начать медленно вращаться.
• Если вал двигателя начал вращаться в другу от нужной сторону, необходимо перепрограммировать сам частотный преобразователь на реверсное движение. Практически все современные устройства поддерживают такую функцию.
• Постепенно передвигайте рукоять управления и следите за работой двигателя – частота вращения вала должна расти по мере того, как вы передвигаете рукоять.

Если при тестовом запуске никаких проблем обнаружено не было, значит, вы сделали все правильно и система может включаться в рабочий процесс.

Практическое применение параллельного и последовательного соединения

Составные элементы прибора соединяют в цепь, чтобы получить из сети нужную для устройства часть энергии.

Пример работы делителя напряжения на фоторезисторе.

Исходное сопротивление меняется от 1кОм в момент полного освещения до 10кОм при отсутствии света, то можно увеличить диапазон сопротивления. При добавлении резисторов с R=5,6кОм, исходящее напряжение меняется следующим образом:

Освещённость	R1 (кОм)	R2(кОм)	R2/(R1+R2)	U выходное (В)
Яркая	5,6	1	0,15	0,76
Тусклая	5,6	7	0,56	2,78
Темнота	5,6	10	0,67	3,21

Таким образом, увеличивается диапазон выходного напряжения, и оно становится подходящим для большинства сетей.

Потенциометры

Потенциометры используют в качестве делителя в системе с постоянным током. Их применяют в основном для изменения отдельных параметров в механизме.

Общее понятие о переменном токе

В отличие от постоянного движения электронов в одном направлении, переменный ток меняет как направление, так и значение несколько раз за единицу времени. Изменения происходят по гармоническому закону. Если наблюдать подобный сигнал с помощью осциллографа, можно увидеть картинку в виде синусоиды.

Относительно оси ординат OY ток меняет своё направление с положительного на отрицательное и делает это периодически. Поэтому его мгновенное значение в первой позиции считается положительным, во второй – отрицательным.

Важно! Так как переменный ток – это алгебраическая величина, то говорить о его знаке заряда можно только для конкретного мгновенного значения, смотря, в каком направлении он протекает в этот момент. Сигнал на экране осциллографа

Сигнал на экране осциллографа

Перспективы развития технологии напряжения с делением частоты

Напряжение с делением частоты (PWM) – это технология, которая позволяет регулировать мощность, период и форму сигнала путем изменения доли времени наличия напряжения в разных состояниях. Эта технология имеет широкое применение в различных сферах, таких как энергетика, электроника, промышленное производство, транспорт и т.д. С развитием технологий, частоты и способов ее использования, перспективы развития данной технологии также становятся все обещающими и востребованными.

Интеграция с умными сетями:

В связи с развитием смарт-грида и смарт-технологий, технология напряжения с делением частоты может быть интегрирована в умные сети и системы управления. Это позволит повысить эффективность и автоматизировать процессы управления энергопотреблением. Благодаря этому будет достигнуто оптимальное использование электроэнергии и снижены издержки на энергию.

Применение в альтернативных источниках энергии:

Развитие возобновляемых источников энергии таких, как солнечная и ветряная, требует новых технологий, которые бы позволяли эффективно преобразовывать полученную энергию. Технология PWM может быть использована для управления работой солнечных батарей или генераторов ветряных электростанций, что позволит оптимально использовать произведенную энергию и улучшить качество электроснабжения.

Развитие автоматизированных систем:

Современное производство все больше автоматизируется, и для эффективной работы таких систем требуется точное и быстрое управление электроприводами. Технология PWM позволяет контролировать скорость вращения двигателя машины, а также регулировать мощность потребляемую их приводом. Развитие данной технологии открывает новые возможности для создания эффективных автоматизированных систем, что приводит к повышению эффективности производства.

Применение в электрических транспортных средствах:

С развитием электрической мобильности все большее количество транспортных средств оснащается электрическими двигателями. Технология PWM позволяет регулировать мощность и скорость работы электромоторов в зависимости от текущих условий. Это способствует повышению эффективности работы транспортного средства и увеличению его запаса хода.

Возможные применения технологии PWM
Сфера применения
Примеры применения

Альтернативные источники энергии
Преобразование энергии солнечных батарей и ветряных электростанций

Автоматизированные системы
Управление электроприводами в промышленных производствах

Электрические транспортные средства
Регулирование мощности и скорости работы электромоторов

Умные сети
Оптимизация энергопотребления и автоматизация процессов управления

QPSK

BPSK передает один бит на символ, к чему мы и привыкли. Всё, что мы обсуждали в отношении цифровой модуляции, предполагало, что сигнал несущей изменяется в зависимости от того, находится ли цифровое напряжение на низком или высоком логическом уровне, и приемник воссоздает цифровые данные, интерпретируя каждый символ как 0 или 1.

Прежде чем обсуждать квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK, quadrature phase shift keying), нам необходимо ввести следующую важную концепцию: нет причин, по которым один символ может передавать только один бит. Это правда, что мир цифровой электроники строится вокруг схем, в которых напряжение находится на одном или другом экстремальном уровне, так что напряжение всегда представляет собой один цифровой бит. Но радиосигнал не является цифровым; скорее, мы используем аналоговые сигналы для передачи цифровых данных, и вполне приемлемо разработать систему, в которой аналоговые сигналы кодируются и интерпретируются таким образом, чтобы один символ представлял два (или более) бита.

QPSK сигнал во временной области

Преимущество QPSK заключается в более высокой скорости передачи данных: если мы сохраняем одну и ту же длительность символа, то можем удвоить скорость передачи данных от передатчика к приемнику. Недостатком является сложность системы. (Вы можете подумать, что QPSK более восприимчив к битовым ошибкам, чем BPSK, поскольку разделение между возможными значениями в нем меньше. Это разумное предположение, но если вы рассмотрите их математику, то оказывается, что вероятности ошибок на самом деле очень похожи.)

Скачки фазы

Стандартная QPSK модуляция гарантирует, что переходы между символами будут происходить с высоким наклоном; поскольку скачки фазы могут составлять ±90°, мы не можем использовать подход, описанный для скачков фазы на 180°, создаваемых BPSK модуляцией.

Эту проблему можно смягчить, используя один из двух вариантов QPSK. Квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом квадратур (OQPSK, Offset QPSK), которая включает в себя добавление задержки к одному из двух потоков цифровых данных, используемых в процессе модуляции, уменьшает максимальный скачок фазы до 90°. Другим вариантом является π/4-QPSK, которая уменьшает максимальный скачок фазы до 135°. Таким образом, OQPSK обладает преимуществом в уменьшении разрывов фазы, но π/4-QPSK выигрывает, поскольку она совместима с дифференциальном кодированием (обсуждается ниже).

Другим способом решения проблем с разрывами между символами является реализация дополнительной обработки сигналов, которая создает более плавные переходы между символами. Этот подход включен в схему модуляции, называемую частотной модуляцией минимального фазового сдвига (MSK, minimum shift keying), а также улучшение MSK, известное как Гауссовская MSK (GMSK, Gaussian MSK).

Дифференциальное кодирование

Еще одна сложность заключается в том, что демодуляция PSK сигналов сложнее, чем FSK сигналов. Частота является «абсолютной» в том смысле, что изменения частоты всегда можно интерпретировать, анализируя изменения сигнала во времени. Фаза, однако, относительна в том смысле, что она не имеет универсальной опорной точки – передатчик генерирует изменения фазы относительно одного момента времени, а приемник может интерпретировать изменения фазы относительно другого момента времени.

Практическое проявление этого заключается в следующем: если между фазами (или частотами) генераторов, используемых для модуляции и демодуляции, существуют различия, PSK становится ненадежной. И мы должны предположить, что будут разности фаз (если приемник не включает в себя схему восстановления несущей).

Дифференциальная QPSK (DQPSK, differential QPSK) – это вариант, который совместим с некогерентными приемниками (т.е. приемниками, которые не синхронизируют генератор демодуляции с генератором модуляции). Дифференциальная QPSK кодирует данные, создавая определенный сдвиг фазы относительно предыдущего символа таким образом, чтобы схема демодуляции анализировала фазу символа, используя опорную точку, которая является общей и для приемника, и для передатчика.

Пояснение принципа действия DQPSK модуляции

Рекомендации по покупке частотных преобразователей

Покупка частотного преобразователя является достаточно ответственным делом, ведь подобные устройства стоят достаточно дорого и на них возлагаются очень серьезные задачи, поэтому некорректность работы оборудования может привести не только к финансовым потерям, но и остановке всего производства или других работ.

Перед тем как покупать преобразователь частот, необходимо:

• Определиться с параметрами, которые будут соответствовать вашему электродвигателю.
• Составить рабочую схему, по которой будет осуществляться монтаж и подключение оборудования.
• Выбрать дополнительные модели, которые будут подключаться к самому преобразователю.
• Закупить все необходимые кабеля, крепления и каркасы, необходимые для установки.
• Подготовить рабочую площадку для монтажа. Возможно, нужно будет оборудовать дополнительные источники питания или реорганизовать производственное оборудование для возможности его подключения к преобразователю.

Многие в связи с дороговизной преобразователей частот покупают б/у устройства. Такой подход более рискованный, чем покупка новой продукции, но позволяет сэкономить некоторую сумму денег.  Если вы также решили купить бывший в употреблении преобразователь, то стоит его тщательно проверять не только по внешним признакам, но и в работе. Лучше всего, если продавец не будет демонтировать его со своего объекта и сможет продемонстрировать его работоспособность на практике.

Управление с помощью силовых полупроводников

Управление частотой тока или напряжения может быть обеспечено с помощью силовых полупроводников. Этот метод широко используется во многих промышленных и бытовых приложениях.

Силовые полупроводники, такие как тиристоры или транзисторы, обладают способностью изменять электрическую характеристику сигнала в зависимости от управляющего сигнала. Подача управляющего сигнала позволяет контролировать время открытия или закрытия силового полупроводника.

Тип силового полупроводника	Описание
Тиристоры	Позволяют управлять напряжением и током в схемах переменного и постоянного тока. Имеют высокую надёжность, но ограничены по частоте переключения.
MOV	Металлооксидные варисторы используются для защиты электронных устройств от высоких напряжений и токов. Обладают высоким сопротивлением до тех пор, пока напряжение не достигает определённого уровня.
IGBT	Инжекционный IGBT представляет собой комбинацию биполярного транзистора и полевого транзистора. Широко применяется в силовой электронике и имеет высокую эффективность.

Основное преимущество управления с помощью силовых полупроводников — возможность эффективного и точного управления электрической характеристикой сигнала. Это дает возможность создавать различные режимы работы и оптимизировать энергопотребление. Недостатком может быть высокая стоимость силовых полупроводников и их сложная схемотехника.

Правила подключения и настройки

Для полноценной и эффективной работы инвертора асинхронного электродвигателя его необходимо правильно подключить и настроить. В схему перед частотником устанавливается нужный автоматический выключатель. Если это трехфазная сеть, то выключатель должен быть рассчитан на напряжение 380 В, а сила тока соответствовать номиналу двигателя.

В случае аварийной ситуации в сети на одной фазе, отключены будут и остальные токоведущие проводники. Величина тока разрыва должна соответствовать значению в отдельной фазе электродвигателя. При использовании преобразователя частоты в однофазной сети устанавливается одиночный автоматический выключатель, по номиналу превышающий в три раза значение тока.

В обоих случаях автоматические выключатели не рекомендуется устанавливать в разрыв заземляющего или нулевого проводника, необходимо осуществлять только прямое подключение.

Статорные обмотки механизма соединяются «звездой» или «треугольником», в зависимости от того, какое напряжение поступает от инвертора. Если оно совпадает с наименьшим значением на корпусе электродвигателя, то применяется схема «треугольник». При совпадении высокого значения напряжения соединение проводится по схеме «звезда».

Далее, инвертор подключается к контроллеру и блоку управления, который обычно поставляется в комплекте с преобразователем. Все подключения проводятся по схеме, входящей в руководство по эксплуатации оборудования. После выполнения крепежных работ включается автомат и на инвертор подается питание, о чем будет сигнализировать лампочка на пульте.

Для начала работы частотника включается кнопка запуска и осуществляется поворот соответствующей рукоятки. Электродвигатель медленно начнет вращаться. Если необходимо поменять вращение в обратную сторону, то для этого на пульте находится соответствующий тумблер. Чтобы добиться необходимого количества оборотов двигателя, устанавливается необходимая частота напряжения или вращения, в зависимости от модели оборудования.

С чего бы напряжению падать?

Да просто потому, что не может не падать. Итак. Если на одном полюсе источника потенциал равен 220 Вольт, а на другом — ноль, то это падение могло произойти только в цепи. Закон Ома говорит о том, что, если в сети имеется одно сопротивление, то все напряжение на нем и упадет. Если два и больше — каждое падение будет пропорционально его величине, а их сумма равна исходной разности потенциалов.

Ну и что? Где здесь указание на зависимость напряжения от частоты тока? Пока что все зависит от величины сопротивления. Вот, если бы найти такой резистор, который меняет свои параметры при изменении частоты! Тогда и падение напряжения на нем менялось бы автоматически.

Кодовое разделение каналов CDMA

При кодовом разделении каналов на одной фиксированной частоте все абоненты передают информацию одновременно.  Они пересекаются по частоте и по времени. Тогда почему они друг другу не мешают?

Как формируются сигналы при CDMA

Рассмотрим? как формируется сигнал для кодового разделения каналов на примере 2-ФМн сигнала и кодах Уолша.

На осциллограмме (1) присутствует информационный сигнал, т.е. полезная информация. Информационный сигнал (1) перемножаем с кодовой последовательностью Уолша (2). У последовательности Уолша есть длина, у нее 8 импульсов на последовательности. Вся длина последовательности должна уложиться в длину символа. Длительность последовательности = длительности символа. 

Когда начинает передаваться следующий символ, кодовая последовательность начинает опять циклически повторяться от символа к символу. Когда символы “1” и “2” перемножаем с кодовой последовательностью Уолша получаем модулирующую последовательность (3). 

Осциллограмму (3) и будем подавать на модулятор. Если символ “1”, тогда кодовая последовательность какая была, такая и осталась. Если символ “0”, тогда последовательность перевернулась. 

Когда осциллограмму (3) подаем на модулятор формируется сигнал с двоичной фазовой модуляцией (2-ФМн), но фаза здесь меняется не каждый информационный символ, а будет определяться частотой следования импульсов кодовой последовательности. Скорость манипуляции — как часто меняется параметра гармонического сигнала. В даннам случае фаза. Здесь скорость манипуляции в 8 раз больше, чем символьная скорость. 

Структура модулятора CDMA

На рисунке выше (способ 1) есть последовательно Уолша, Ts — это длительность информационного символа, а Tch — длительность чипа. N — длина кодовой последовательности (КП). Длительность чипа будем 8 раз меньше длительности символа.  

Второй пример формирования cdma. Изменен порядок перемножения. Один импульс кодовой последовательности называется чипом. В примере последовательность включает 8 чипов. 

Информационный символы (1) подаем на фазовый модулятор и уже сигнал (2) перемножаем с кодовой последовательностью Уолша (3). В этом примере переставили порядок действий, но результат получился тот же самый. 

Во втором способе сначала подали сигнал на модулятор, а затем перемножили с последовательность Уолша. 

На картинке видим источник сигнала (Random Integer), подаем сигнал сначала на модулятор и потом перемножаем (Product) с последовательностью Уолша (Walsh Code Generator). 

Возможно, вам также будет интересно

В статье речь пойдет о конструировании универсального связного контроллера на SIP-модуле ESP32-PICO-D4, в частности о подключении радиочастотных и LoRa-модулей по шине SPI.

На примере SIM800C, наиболее популярного и самого бюджетного модуля из серии SIM800x компании SIMCom Wireless Solutions, рассматриваются варианты установления Bluetooth-соединений. Статья будет полезна широкой аудитории: специалистам, инженерам, разработчикам устройств, применяемых в подвижных средствах, в системах автоматизации, телеметрии, передачи данных и в охранных системах.

Большинство GSM-терминалов (модемов) поставляется «как есть», и их комплектация не содержит каких-либо описаний, инструкций или программного обеспечения. В данной статье представлена общая информация и описание практических аспектов, с которыми приходится сталкиваться пользователю в начале работы.

Получение последовательностей Уолша. Матрица Адамара

Одним из способов получения последовательностей Уолша – взять матрицу Адамара.

Каждая строка (столбец) матрицы Адамара – это последовательность Уолша.

Матрица Адамара – это полная ортогональная система последовательностей Уолша.

Получение матрицы Адамара:

Для кодового разделения каналов необязательно применение кодов Уолша. Возможно применение других ортогональных кодов и слабо коррелированных кодов.

Слабо коррелированные коды:

• М-последовательности;
• коды Голда;
• коды Касами и др. 

Спасибо за прочтение статьи, переходи в раздел “радиосвязь”, там много полезной информации. 

Общее понятие о переменном токе

В отличие от постоянного движения электронов в одном направлении, переменный ток меняет как направление, так и значение несколько раз за единицу времени. Изменения происходят по гармоническому закону. Если наблюдать подобный сигнал с помощью осциллографа, можно увидеть картинку в виде синусоиды.

Относительно оси ординат OY ток меняет своё направление с положительного на отрицательное и делает это периодически. Поэтому его мгновенное значение в первой позиции считается положительным, во второй – отрицательным.

Важно! Так как переменный ток – это алгебраическая величина, то говорить о его знаке заряда можно только для конкретного мгновенного значения, смотря, в каком направлении он протекает в этот момент. Сигнал на экране осциллографа

Сигнал на экране осциллографа

Синтезаторы DDS в задачах модуляции/кодирования данных и синхронизации

Изначально технология DDS применялась исключительно в радиолокационных и военных системах, однако некоторые усовершенствования в характеристиках компонентов (повышение производительности, сокращение стоимости и габаритов) сделали ее очень популярной в задачах модуляции и кодирования данных. Ниже мы рассмотрим две схемы кодирования данных и их предлагаемую реализацию с помощью синтезатора DDS.

Двоичная частотная манипуляция (Binary Frequency Shift Keying, BFSK, или просто FSK) — это одна из простейших форм кодирования данных. При ней данные (двоичная единица (посылка) и двоичный ноль (пауза)) передаются непрерывной несущей с двумя возможными дискретными значениями частоты. Рис. 4 иллюстрирует соотношение между двоичными данными и передаваемым сигналом.

Рис. 4. Двоичная модуляция FSK

Двоичные единица и ноль представляются двумя разными значениями частоты f и f₁ соответственно. Такая схема кодирования легко может быть реализована при помощи синтезатора DDS. Для этого необходимо изменять слово настройки частоты DDS, определяющее значения выходных частот, таким образом, чтобы в зависимости от потока нулей и единиц, который необходимо передать, синтезатор генерировал сигнал соответствующей частоты. Как минимум в двух представителях семейства полнофункциональных синтезаторов DDS компании Analog Devices (AD9834 и AD9838) пользователь имеет возможность запрограммировать два желаемых значения слова настройки частоты во внутренние регистры ИМС и выбирать регистр, содержащий необходимое слово настройки, при помощи отдельного вывода FSELECT (рис. 5).

Рис. 5. Реализация модуляции FSK при помощи сигнала выбора слова настройки в синтезаторах DDS AD9834 или AD9838

Фазовая манипуляция (Phase Shift Keying, PSK) — это еще одна простая форма кодирования данных. При фазовой манипуляции частота несущей остается постоянной, а информация передается при помощи изменения фазы передаваемого сигнала. Существует несколько вариантов PSK. В простейшем способе, который обычно называется двоичной фазовой манипуляцией (Binary PSK, BPSK), используются только два значения фазы сигнала: 0° (логическая единица) и 180° (логический ноль). Состояние каждого бита определяется состоянием предыдущего бита. Если фаза колебания не меняется, то значение двоичного сигнала остается прежним (высоким или низким). Если фаза колебания изменяется на 180° (т. е. на противоположную), то значение двоичного сигнала тоже изменяется (из низкого в высокое или из высокого в низкое). Фазовую манипуляцию можно легко реализовать при помощи ИМС синтезаторов DDS, поскольку большинство их имеет отдельный регистр (регистр фазы), предназначенный для загрузки значения фазы. Это значение прибавляется к фазе несущей и не влияет на ее частоту. Изменение содержимого регистра фазы приводит к модуляции фазы несущей, позволяя формировать сигнал с фазовой манипуляцией. В задачах, где требуется модуляция с высокой скоростью, могут быть применены ИМС AD9834 и AD9838. Они имеют по два регистра фазы и вывод PSELECT, при помощи которого можно переключаться между двумя предварительно загруженными в регистры значениями фазы.

В более сложных формах фазовой манипуляции используется четыре или восемь значений фазы. Это позволяет передавать данные с более высокой скоростью по сравнению с BPSK. При четырехфазной модуляции (квадратурная манипуляция) возможные значения фазовых углов составляют 0, +90, –90 и +180°, при этом каждое значение фазы может соответствовать двум элементам двоичного сигнала. ИМС AD9830, AD9831, AD9832 и AD9835 имеют по четыре регистра фазы, что позволяет реализовывать сложные схемы фазовой модуляции путем непрерывного обновления значений, записываемых в эти регистры.