Диссертация (Максимизация частотной эффективности и помехоустойчивости железнодорожной радиосвязи)

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 5ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПОТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ. .............................................................................................. 121.1. Критерии эффективности железнодорожной радиосвязи по Шеннону ..... 121.2. Повышение частотной эффективности (α) за счёт перехода с двухполоснойна однополосную модуляцию...................................................................................

161.3. Повышение частотной эффективности за счёт деления полосы частотмодулирующего речевого сигнала в 2n раз.............................................................. 201.4. Повышение частотной эффективности за счёт передачи не полного речевогосигнала, а только его составляющих ....................................................................... 231.5. Способы повышения помехоустойчивости (β - эффективность) и частотнойэффективности (α - эффективность) ........................................................................ 271.6. Модуляция ШПС - поднесущей цифровыми сигналами ................................

291.7. Выводы по главе 1 .............................................................................................. 32ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХМОДУЛЯТОРОВ ДЛЯ Ж.-Д. РАДИОСВЯЗИ ........................................................... 342.1. Вводные замечания ............................................................................................. 342.2. Разработка формирователя ОБП-ФМн на 180° по клиппированному РС .... 352.3.

Исследование уровня нелинейных искажений при клиппировании речевогосигналаимаксимизациипомехоустойчивостиэксплуатируемойжелезнодорожной радиосвязи .................................................................................. 392.4. Эквивалентная ОБП-ФМн на 180° ....................................................................

472.5. Разработка ОБП-ФМн на 180° цифровой железнодорожной системырадиосвязи GSM-R ..................................................................................................... 4932.6. Разработка широкополосного высокоточного фазовращателя на 90° дляформирования ОБП-ФМн на 180°........................................................................... 532.7. Реализация и экспериментальное исследование разработанного ШФВ на 90°...................................................................................................................................... 562.8.

Второй вариант высокоточного ШФВ на 90° для формирования ОБП-ФМнна 180° на пассивных элементах по ЦС .................................................................. 572.9. Аналитичность сигнала ОБП-ФМн на 180° ..................................................... 622.10. Модернизация первой ступени модуляции (цифровой) передатчика GSM-R...................................................................................................................................... 632.11. Выводы по главе 2 ............................................................................................ 65ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ДЕМОДУЛЯЦИИСИГНАЛОВ ОБП-ФМН НА 180° ...............................................................................

673.1. Вводные замечания ............................................................................................. 673.2. Разработка когерентного детектора сигналов ОБП-ФМн на 180° ................ 683.3. Разработка способов восстановления огибающей у клиппированного РС наприёмной стороне ...................................................................................................... 703.4. Реализация способа восстановления огибающей у клиппированного РС наприёмной стороне ...................................................................................................... 733.5. Повышение эффективности демодулятора сигналов с двойной двухполоснойФМн на 180° ...............................................................................................................

753.6. Повышение помехоустойчивости эксплуатируемой ж.-д. радиосвязи за счёткогерентного приёма ЧМ сигналов .......................................................................... 773.7. Разработка беспорогового детектора ЧМ колебаний на базе ЧИМ .............. 823.8. Выводы по главе 3 .............................................................................................. 84ГЛАВА 4. Разработка дополнительных способов повышения эффективности ж.-д.радиосвязи ...................................................................................................................... 8544.1.

Вводные замечания ............................................................................................. 854.2. Дополнительное повышение частотной эффективности по синтетическомуметоду передачи ......................................................................................................... 854.3. Разработка системы передачи и приёма сигналов ОБП-ФМн на 180°сделением в 2n раза полосы частот модулирующего речевого сигнала ................

874.4. Повышение эффективности приёма ЧМ сигналов эксплуатируемой ж.-д.радиосвязи .................................................................................................................. 924.5.Применениеразработанныхметодовдляповышениячастотнойэффективности и помехоустойчивости для перспективных систем радиосвязи сШПС ............................................................................................................................

944.6. Повышение точности определения параметров движения поезда за счётповышения базы ШПС авторскими разработками ................................................. 994.7. Выводы по главе 4 ............................................................................................ 101ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 102СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 104ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................... 1085ВВЕДЕНИЕАктуальность темы.

Основной проблемой радиосвязи является дефицитчастотного ресурса, которая обостряется с каждым годом, так как растёт числовновь разрабатываемых радиосистем различного назначения, в том числе и нажелезнодорожном транспорте. Но частотный ресурс ограничен и давнораспределён. В связи с этим в России вышел закон «О связи», который подробнообсуждается в журнале «Электросвязь» №9 за 2008 г. Там говорится, что надоразумно перераспределять частоты, что не всех устраивает. Поэтому даннаядиссертация посвящена сокращению дефицита частотного ресурса за счётповышения эффективности использования имеющихся частотных полос путёмуменьшения ширины спектра радиосигнала.

При этом помехоустойчивостьрадиосвязи не должна уменьшаться. Это в первую очередь необходимо дляжелезнодорожной (ж.-д.) радиосвязи, так как там высок уровень помех, и до сихпор используется аналоговая узкополосная ЧМ. Поэтому помехоустойчивость ж.д. радиосвязи не всегда удовлетворительная, что может отрицательно сказаться набезопасности движения поездов [1].

Использование до сих пор аналоговойрадиосвязи, а не цифровой объясняется тем, что их приёмники не совместимымежду собой, а заменить сразу все железнодорожные радиостанции с ЧМ нацифровые затруднительно. Иначе могут быть аварийные ситуации, чтонебезопасно. Поэтому в данной работе повышается помехоустойчивость ичастотная эффективность эксплуатируемой в настоящее время аналоговой ж.-д.радиосвязи, и будущей цифровой. Известно, что максимально возможную(потенциальную по Котельникову) помехоустойчивость обеспечивает фазоваяманипуляция (ФМн) на 180°, когда модулирующим является дискретный сигнал.Именно поэтому изобретатель относительной ФМн на 180° проф.

Петрович Н.Т.предложил передавать клиппированную речь с помощью ФМн на 180°. Но приклиппировании (глубоком ограничении по амплитуде) возникают дополнительныетрудности: 1) расширение спектра сигнала, 2) возникновение дополнительных6нелинейных искажений, 3) снижение качества восстановленной речи. В даннойдиссертации эти задачи решены, что позволило уменьшить основную проблемурадиосвязи – дефицит частотного ресурса при максимуме её помехоустойчивости.Этим определяется актуальность данной работы.Степень разработанности темы.В данной работе снижается дефицит частотного ресурса в радиосвязи путёмповышения эффективности использования имеющихся частотных полос. Этимвопросом стали заниматься давно, с 1927 г., путём перехода с двухполоснойаналоговой АМ на однополосную АМ (ОБП АМ).

Об этом говорят работыроссийских учёных М.В. Шулейкина, П.В. Шмакова, В.И. Сифорова, Е.Г. Момота,М.В. Верзунова, Г.А. Зейтленка, Б.Б. Штейна Б.Б и др., а также зарубежных авторовШирекса, Вивера и др.В конце двадцатого века и далее вместо аналоговых стали использоватьцифровые сигналы, которые гораздо (в 8 раз) широкополоснее аналоговых.Поэтому дефицит частотного ресурса резко обострился. Для борьбы с нимоднополосную модуляцию не используют по техническим причинам. Используютраздельное кодирование источника сигнала и канала связи, что сильно усложняетсистему. Такими являются цифровые ж.-д. системы радиосвязи GSM-R, TETRA идр. В GSM-R используется минимальная двухполосная частотная манипуляция спредварительной гауссовской фильтрацией (GSM-R), а в TETRA – двойная44относительная фазовая манипуляция на 180° со сдвигом по фазе на радиан ( −)Вданнойдиссертационнойработевпервыеразработаныспособыформирования ОБП с фазовой манипуляцией на 180° (ОБП-ФМн) поклиппированному и цифровому сигналам, что повышает не только частотнуюэффективность, но и помехоустойчивость радиосвязи в 2 раза.