Pytania-Pluta

1. Architektura standardu GSM (cechy struktury komórkowej, podstawowa budowa blokowa

systemu)- rysunek

Maksymalny zasięg komorki wynikający ze specyfikacji GSM wynosi około 35 km. Okazuje się jednak, że energia konieczna do emitowania sygnału na częstotliwości 1800/1900 MHz jest tak duża, ze rozmiar komorek zasięgu w tych standardach nie przekracza 8 km. Możliwe jest też rozwiązanie extended range, w ktorym komorka zasięgu moŜe mieć promień nawet do 120 km. Związane jest to jednak ze znacznym pogorszeniem 'pojemności' sieci. Operatorzy mogą zastosować to rozwiązanie, gdy chcą obniŜyć koszty pokrycia duŜych, słabo zaludnionych obszarow. Najlepiej nadaje się do tego GSM 400, ktory ze względu na uŜywane częstotliwości wymaga mniejszej energii do emitowania sygnału na tak duŜe odległości. Niektorzy dostawcy infrastruktury telekomunikacyjnej, oferują rownieŜ taką moŜliwość dla standardu GSM 900.

1. Co to jest MSC, HLR, VLR , AuC- omówić funkcje

MSC- centrala radiokomunikacyjne, ma wbudowane bloki pełniące funkcje właściwe systemowi radiokom ruchomej. MSC połączone są miezy sobą poprzez centralę wejściową GMSC s ciecią PSTN i ISDN. Każda MSC zarządza co najmniej jedym systemem stacji bazowych BSS, w skłąd którego wchodzą sterowniki BSC oraz kilka transcieveró stacji bazowych BTS. Transcievery, inaczej BS są umieszczone w centrum komórek, wewnątrz każdje komórki znajduje się pwena liczba stacji ruchomych MS. Główne zadanie MSC:koordynacja zestawiania połączeń między GSM a siecią publiczną lub innymi sieciami, realizuje funkcje:wywołania, dynamicznego rozdziału zasobów sieci na danym obszarze, zarządzanie procedurą przeniszenia połączeń, szyfacja ciągów binarnych, taryfikacja abonentów,

HLR- rejestr stacji własnych, rejsestr stacji ruchomych na stałe zarejestrowanych w systemie zarządzanym przez danego operatora. To centralna baza danych dotycząca abonentów, przechowuje ich stałe parametry i informacje o ich czasowym położeniu, dane z HLR pozwalają na zestwaienei drogi nawet dp tych abonentów, którzy znajdują się na obszarze innej sieci., tu są również dane o dodatkowych usługach, jakie wykupił abonent

VLR- rejestr stacji obcych, rejestr stacji ruchomych chwilowo przebywających w obszarze obsłygiwanym przez daną centralę radiokomunikacyjną. Wymienia on z HLR dane dotyczące znajdujących się aktualnie na danym obszarze abonentów. Pozwala to na znalezienieporuszającego się w obszarze danego systemu abonenta poprzez odszukanie informacji o jego położeniu w HLR i skierowanie połączenia do odpoweidniej MSC mającej do dyspozycji dane o poszukiwanym abonencie w swoim rejestrze VLR.

AuC- centrum identyfikacji, baza danych służąca do sprawdzania, czy abonent posiadający kartę SIM jest dopuszczony do realizacji połączenia

Kontroler Stacji Bazowych (Base Station Controler, BSC) jest elementem sieci, odpowiedzialnym za zarządzanie stacjami bazowymi, oraz transmisję danych pomiędzy stacjami bazowymi a resztą sieci. Z poziomu BSC Operator zarządza radiową częścią sieci, zmieniając parametry poszczegolnych stacji bazowych. BSC odpowiedzialne teŜ jest za przydzielanie telefonowi komorkowemu wolnej szczeliny czasowej na odpowiedniej częstotliwości oraz za śledzenie jakości rozmowy. W razie jej pogorszenia, np. gdy abonent oddala się od obsługującej go stacji bazowej, zostanie przydzielona mu inna częstotliwość obsługiwana przez inną stację bazową, oraz odpowiednia szczelina czasowa. Mechanizm ten nazywa się handover. Kilka BSC jest podłączonych do jednego MSC.

o Authentification center (AuC): Centrum uwierzytelniania (autentyfikacji), ktore sprawdza uprawnienia uŜytkownika do dostępu do sieci. Autoryzacja odbywa się pomiędzy dwoma komponentami systemu GSM - kartą SIM i centrum autentyfikacji. Na karcie SIM zapisany jest tajny klucz, ktorego kopia znajduje się w centrum uwierzytelniania. Autoryzacja uŜytkownika odbywa się w następujący sposob: AuC wysyła do telefonu liczbę losową. Telefon, przy pomocy specjalnego algorytmu oraz z wykorzystaniem tajnego klucza koduje odebraną liczbę losową i wysyła ją do AuC. Odwrotna procedura

przeprowadzana jest w AuC. Po odkodowaniu wiadomości wyniki są porownywane i jeśli są identyczne, uŜytkownik uzyskuje dostęp do sieci. Zaletą takiego sposobu uwierzytelniania jest to, Ŝe tajny klucz nigdy nie jest przesyłany drogą radiową.

Mobile Switching Centre (MSC) jest cyfrową centralą telefoniczną przystosowaną do pracy w sieci GSM. Jest odpowiedzialna za zestawianie połączeń i koordynacje wspołpracy pomiędzy elementami sieci. Liczba MSC w sieci zaleŜy od ilości abonentow i generowanego przez nich obciąŜenia sieci. Na przykład jeden z niemieckich

operatorow ma około 200 MSC w swojej sieci.

o Gateway Mobile Switching Centre (GMSC) jest to centrala MSC z dodatkową funkcjonalnością odpowiedzialną za kontaktowanie się z HLR. KaŜda rozmowa podczas zestawiania połączenia do abonenta danej sieci musi być przeroutowana do jednego z GMSC naleŜącego do niej (nawet gdy abonent jest w tym czasie w roamingu w innej sieci) w celu zebrania informacji o uŜytkowniku, ktorego numer wybrano w celu rozpoczęcia rozmowy. Od operatora zaleŜy, ktore (np. wybrane MSC lub wszystkie MSC w sieci) będą działać jako GMSC[1] (co zazwyczaj jest kwestią dodatkowej konfiguracji). Niektore GMSC mogą działać jako centrale tranzytowe do innych sieci.

o Home Location Register (HLR - rejestr stacji własnych) jest bazą danych, która przechowuje informacje o abonentach, ktorzy naleŜą do danej sieci. Między innymi numer IMSI, MSISDN, informacje o wykupionych usługach, informacje o MSC, które aktualnie obsługuje abonenta, informacje o jego statusie (np. telefon jest wyłączony,

telefon jest włączony do sieci). Ilość HLR w sieci zaleŜy od ilości abonentow, na

przykład sieć jednego z duŜych europejskich operatorow jest obsługiwana przez około

20 HLR.

o Visitor Location Register (VLR - rejestr abonentow przyjezdnych) - baza danych

związana z MSC. W sieci istnieją zawsze pary MSC-VLR. Baza ta przechowuje

informacje o abonentach, ktorzy w danym momencie znajdują się na obszarze

obsługiwanym przez to MSC. Część z tych informacji jest kopiowana z HLR w

momencie, gdy abonent pojawia się w "zasięgu" danego MSC, inne, takie jak jego

lokalizacja są zmieniane juŜ poźniej.

2. Omówić zjawisko handover

Handover to przenoszenie połączenia radiowego telefonu z jedną komórką na połączenie z inną (rozmowa telefoniczna ciągle trwa). Dzieje się tak: 1) gdy nowe połączenie może zapewnić lepszą jakość (jego parametry są ciągle sprawdzane przez stację bazową i telefon) 2) gdy telefon znajduje się na styku kilku komórek i może już korzystać z innych (powstałe wolne miejsce wykorzystują telefony, które są tylko w zasięgu "starej" komórki).

Handover (w terminologii amerykańskiej: handoff) - przełączenie połączenia radiowego terminala (telefonu, modemu) z jednej stacji bazowej do innej w czasie, gdy połączenie jest aktywne.

Przełączenie połączenia następuje gdy:

• nowe połączenie może zapewnić lepszą jakość (jego parametry są często -W UMTSie nawet 1500 razy w ciągu sekundy- sprawdzane przez stację bazową i terminal)

• telefon znajduje się na styku kilku komórek i może już korzystać z innych (powstałe wolne miejsce wykorzystują telefony, które są tylko w zasięgu "starej" komórki).

Wyróżniamy trzy typy handoveru:

• miekkie przełączeni (soft handover) - przejście do innej stacji bazowej, tylko w UMTSie. W trakcie miękkiego przełączenia, terminal jednocześnie jest pod kontrolą stacji którą aktualnie opuszcza oraz stacji do której się przenosi.

• softer - przejście pomiędzy sektorami tej samej stacji bazowej z utrzymaniem tych samych kodów, tylko w UMTSie.

• hard - przełączenie pomiędzy stacjami bazowymi/sektorami komórki w sieci GSM; Wiąże się to z koniecznością zmiany częstotliwości gdyż sąsiednie stacje bazowe i różne sektor tej samej komórki nie wykorzystują tych samych kanałów (tzw. wielodostęp do kanału z podziałem częstotliwościowym). Z tego powodu często jest on nazywany inter frequency. Może również wystąpić w sytuacji gdy przełączamy użytkownika mającego aktywne połączenie w systemie UMTS na GSM (i odwrotnie) np. ze względu na lepszą jakość sygnału.

W przypadku gdy konieczne jest wyłączenie lub zablokowanie stacji inżynier OMC aby zapobiec zerwaniu połączeń obsługiwanych przez blokowaną stację, może wymusić na terminalach handover. W takim przypadku mamy do czynienia z tzw. ang. forced handover (FHO) czyli wymuszonym handoverem.

Decyzję o handoverze podejmuje Kontroler Stacji Bazowych we współpracy z MSC w UMTSie wprowadzenie interfejsu Iur uprościło proces przenoszenia połączeń (w stosunku do sieci GSM). Za handover odpowiada RNC en.Radio Network Controller (rzadziej MSC). Ośrodkiem decyzyjnym jest sieć, decyzja o przeniesieniu połączenia jest wypracowywana na drodze pomiarów wykonywanych przez stacje ruchome oraz stacje bazowe.

3. Co to są kanały logiczne i fizyczne w GSM

Zgodnie z zasadą TDMA/FDMA kaał fizyczny to ciąg szczelin czasowych o określonym numerzez transmitowanych na określonej częstotliwości noóznej. Kanały fizyczne są połączone w pary- po jednym w każdym kierunku transmisji. Jako przydział kanłu fizycznego rozumie się przyporządkowanie abonentowi określoengo numeru szczeliny czasowej na określonej nośnej (lub ich sekwencji, gdy jest wykorzystywana procedura FP). Poprzez kanał izyczny odbywa się transmisja w postaci pakietów mieszczących się w ramach pojedynczej szczeliny czasowej. Pakiety te służą do realizacji kanałów logicznych, za pomocą których jest zorganizowana wymiana informacji.

Za pomocą szeregu kanałów logicznych w zerowej szczelinie, są przesyłane informacje systemowe. Są to:

• rozsiewczy kanał staerowania BCCH- używany d transmisji inf sterujących dotyczących sieci, komórki

• kanał korekcji częstotliwości FCCH- do dostrajania się do częst nośnej przez MS

• Kanał synchronizacyjn SCH- synchronizacja ramkowa MS i identyfikacja transcievera, w którego obszarze znajdują się MS

• Wspólny kanał sterujący CCCH- do uzyskania połączeń

Dodatkowo istnieją kanały transmisji inf abonenta:

• kanał rozmówny TCH- tu są ciagi binarne mowy

• kanał sterujący SACCH, przesuła inf o przygotowanie się do handoveru lub zmnejszenie mocy SB (kanał wolny

• kanał sterujący FACCH- tu ważne informacje (kanał szybki)

kanał fizyczny - wydzielona część zasobow radiowych, tj. ustalony kanał czestotliwościowy oraz

ustalona szczelina czasowa w ramce, zdolna pomieścić jeden sygnał rozmowny lub wiadomości

sygnalizacyjne

kanał logiczny - kategoria wiadomości przesyłanych w kanale fizycznym, wyroŜniamy kanały

(logiczne) rozmowne oraz kanały sygnalizacyjne

1.1 Kanał fizyczny

1.1.1 Wstęp

Łączność na odcinku pomiedzy abonentem wyposażonym w stację ruchomą a stacją bazową systemu GSM 900 odbywa sie drogą radiową. Ten fragment łańcucha transmisyjnego nosi nazwę interfejsu radiowego. Zdefiniowano stosunkowo skomplikowaną strukturę kanalów fizycznych. Stosuje sie techniki wielodostępu w dziedzinie częstotliwości FDMA (Frequency Division Multiple Access) oraz wielodostępu w dziedzinie czasu TDMA (Time Division Multiple Access).

1.1.2 Wielodostęp w dziedzinie częstotliwości FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Interfejs radiowy systemu GSM 900 zapewnia połączenie typu "pełen dupleks" (full duplex), czyli równoczesną transmisję zarówno w kierunku "w dół" (down-link), tj. od stacji bazowej BTS do stacji ruchomej MS, jak i w kierunku "w górę" (up-link), tj. od MS do BTS. Dzięki wielodostępowi czasowemu TDMA dla określonej pary MS-BTS transmisja w kanale "w górę" nigdy nie jest realizowana w tej samej chwili co transmisja w kanale "w dół" (numeracja szczelin czasowych na odpowiednich nośnych w obu kierunkach jest przesunięta o czas trwania 3 szczelin czasowych). Pozwala to na uniknięcie sprzężenia pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem stacji ruchomej. Rozwiązanie to zmniejsza wymagania projektowe zarówno części radiowej jak i układów cyfrowego przetwarzania sygnałów, które mogą dzielić w czasie moc obliczeniową pomiędzy funkcje nadajnika i odbiornika. System GSM 900 działa w paśmie 900 MHz w dwóch przedziałach częstotliwości. Szerokość każdego przedziału wynosi 25 MHz: - kanały "w górę" - pasmo 890 - 915 MHz - kanały "w dół" - pasmo 935 - 960 MHz. Transmisja dwukierunkowa jest realizowana w dziedzinie częstotliwości FDD (Frequency Division Duplex) ze stałym odstępem pomiędzy częstotliwościami wykorzystywanymi w obu kierunkach 45 MHz. Każde z pasm częstotliwości zostało podzielone na 124 kanały o szerokości 200 kHz. Kanały te ponumerowano kolejno od 1 do 124, a tak zdefiniowany numer nosi nazwę numeru częstotliwości kanału radiowego ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number). Celem ograniczenia poziomu interferencji w sąsiednich pasmach radiowych, na krańcach obu pasm wyznaczono ochronne przedziały częstotliwościowe o szerokości 100 kHz każdy. Częstotliwości nośne (tj. środkowe) 124 kanałów systemu GSM 900 można wyznaczyć w następujący sposób: - kanały "w górę": fi = 890.0 MHz + i (0.2 MHz) - kanały "w dół": fi = 935.0 MHz + i (0.2 MHz) gdzie i jest numerem kanału ARCFN.

1.1.3 Wielodostęp w dziedzinie czasu TDMA (Time Division Multiple Access)

Czas na każdej nośnej podzielony jest na 8 lub 16 szczelin czasowych. Zatem w każdym kanale częstotliwościowym o szerokości 200 kHz znajduje się 8 kanałów rozmównych (przy transmisji typu full-rate) lub 16 kanałów rozmównych (przy kodowaniu z szybkością half-rate).

1.1.4 Procedura FH (Frequency Hopping)

Opcjonalnie wykorzystywany jest system pseudolosowych przeskoków częstotliwości FH. Polega on na tym, że przydział kanału fizycznego jest realizowany przez przyporządkowanie abonentowi określonego numeru szczeliny czasowej na pewnej sekwencji nośnych.

1.1.5 Organizacja kanalów radiowych

Pojedyncza komórka może wykorzystywać od 1 do 16 częstotliwości, co odpowiada od 8 do 128 kanałom rozmównym (full-rate) lub od 16 do 256 kanałom rozmównym (half-rate). Liczba częstotliwości przydzielonych danej stacji bazowej BTS wynika z natężenia ruchu przewidywanego na obszarze danej komórki.

1.2 Kanał logiczny

Pojęcie kanałów logicznych odpowiada podziałowi pakietów przesyłanych w kanale według ich znaczenia oraz sposobom ich rozmieszczania w kanałach fizycznych. Poprzez przydzielony kanał fizyczny odbywa się transmisja w postaci pakietów mieszczących się w ramach pojedynczej szczeliny czasowej. Pakiety te mają różną strukturę czasową i znaczenie. Służą one do realizacji określonych kanałów logicznych, za pomocą których zorganizowana jest wymiana informacji. W każdej komórce systemu znajduje się jedna wybrana nośna, na której w szczelinie zerowej transmitowane są informacje systemowe ważne dla wszystkich stacji ruchomych znajdujących się wewnątrz danej komórki. Z kolei na odpowiadającej tej częstotliwości nośnej z drugiej połowy pasma (o 45 MHz niższej) w szczelinie zerowej stacje ruchome mogą zgłaszać potrzebę nawiązania połączenia. Niniejsza para nośnych jest w danej komórce na stałe wykorzystywana w tym celu, nie należy więc do zbioru częstotliwości używanych w procesie pseudolosowych zmian częstotliwości nośnych FH. Informacje systemowe przesyłane są za pomocą szeregu kanałów logicznych w zerowej szczelinie omawianej nośnej. Są to: - rozsiewczy kanał sterowania BCCH (Broadcast Control Channel) - używany do transmisji informacji sterujących dotyczących sieci, konkretnej komórki oraz komórek z nią sąsiadujących - kanał korekcji częstotliwości FCCH (Frequency Correction Channel) - używany do dostrajania się do częstotliwości nośnej przez stacje ruchome - kanał synchronizacyjny SCH (Synchronization Channel) jest wykorzystywany do uzyskania przez stacje ruchome synchronizacji ramkowej oraz identyfikacji transceivera, w którego obszarze działania się znajdują - wspólny kanał sterujący CCCH (Common Control Channel) służący po uzyskaniu synchronizacji do nawiązywania połączenia; składa się z kanałów: * kanału dostępu przypadkowego RACH (Random Access Channel) wykorzystywanego przez stacje ruchome do zgłaszania chęci uzyskania połączenia (kanał ten jest realizowany w szczelinie zerowej kanału skojarzonego w parze z kanałem rozsiewczym, w którym znajdują się kanały BCCH, SCH i FCCH) * kanału przydziału dostępu AGCH (Access Grant Channel), za pomocą którego stacja bazowa informuje stację ruchomą o zgodzie na dostęp * kanału wywoławczego PCH (Paging Channel), za pomocą którego stacja bazowa inicjuje połączenie ze stacją ruchomą. Transmisja informacji abonenta i skojarzonych z nią informacji sterujących odbywa się za pomocą następujących kanałów: - kanału rozmównego TCH (Traffic Channel), w którym transmitowane są ciągi binarne charakteryzujące sygnał mowy lub danych abonenta; rozróżniamy kanały rozmówne o pełnej szybkości TCH/F (Traffic Channel/Full Rate) oraz kanały rozmówne o szybkości połówkowej TCH/H (Traffic Channel/Half Rate) - powolnego stowarzyszonego z określonym kanałem rozmównym (a więc ze stacją ruchomą) kanału sterującego SACCH (Slow Associated Control Channel) przekazującego informacje nakazujące np. zmienić moc sygnału emitowanego przez stację ruchomą, przygotować się do przejęcia połączenia przez inną stację bazową itp. - szybkiego stowarzyszonego z określonym kanałem rozmównym kanału sterującego FACCH (Fast Associated Control Channel) transmitującego informacje sterujące nie cierpiące zwłoki. Przed przydzieleniem określowego kanału danej stacji ruchomej jest wykorzystywany tzw. dedykowany kanał sterujący DCCH (Dedicated Control Channel) składający się z: - samodzielnego dedykowanego kanału sterującego SDCCH (Stand-Alone Dedicated Control Channel) używanego np. do wymiany informacji poprzedzającej uzyskanie połączenia, takiej jak potwierdzenie autentyczności abonenta oraz przydział kanału rozmównego - niestowarzyszonej wersji szybkiego kanału sterującego FACCH stosowanej np. do przekazywania krótkich wiadomości SMS.

5. Jaka jest pojemność co do liczby fizycznych kanałów głosowych dla stacji bazowej : 3

sektory/ 4 dupleksy FDD na sektor.

Stacja 3 sektorowa: 32 kanały fizyczne(3 sygnalizacyjne, 29 głosowe) 200kHz/sektor.

Łącznie: G

Sektor w skrocie moŜna powiedzieć Ŝe jest to kierunek na ktory idzie zasięg sieci GSM. Sektory

tworzą stacje bazowe (BTS-y). Fizycznie ilość sektorow jest często (ale nie zawsze) uzaleŜniona od

ilości anten. Są BTS-y posiadające tylko np. dwa sektory skierowane np. wyłącznie na jakąś drogę -

jeden sektor np. na połnoc drogi, a drugi sektor na południe. Jednak anteny mogą być dwie (wowczas

kaŜda jest nadawczo-odbiorcza) lub cztery, czyli po dwie na sektor ale wowczas jedna jest nadawcza

a druga odbiorcza. Bywa jednak i tak, Ŝe BTS mimo iŜ posiada np, 3 anteny skierowane w zupełnie

6

inną stronę ma tylko jeden sektor. Bo stwarzanie trzech osobnych nie ma sensu. Tak jest albo w

terenach bardzo mało zaludnionych, w przypadku wielkich miast i instalowanych tam mikro i

pikokomorek. Sektor to teŜ fizycznie kanał. Jeśli są trzy sektory to są i trzy kanały na ktorych nasz

telefon odbiera sygnał. A dla wyŜej opisanego przypadku, kiedy mamy trzy anteny i jeden sektor

mamy teŜ tylko jeden kanał. Przykładem mogą teŜ być anteny dookolne, ktore tworzą zawsze jeden

sektor bo emitują wokoł siebie jeden i ten sam kanał. Najbardziej spotykane układy anten:

1. Space diversity

Układ anten "po dwie na sektor". Jedna jest nadawcza a dwie odbiorcze. Po polsku "space diversity"

brzmi tak ładnie, a mianowicie: "układ zroŜnicowania przestrzennego"

2. Cross Polary

Ukad anten - "po jednej na sektor". Fizycznie w jednej antenie są niejako dwie - i nadawcza i

odbiorcza. Są jeszcze takie anteny jak:

- "Extended Cell"

To komorka o zwiększonym zasięgu - 70 km. Stosuje się je czasami w BTS-ach umieszczonych nad

morzem gdzie propagacji fali jest na tyle dobra, Ŝe sygnał nam na pewno nie zniknie i będąc daleko

od lądu moŜemy sobie jeszcze porozmawiać.

Pytania- Szczot

1. Obszary i zasięgi Bluetooth

Bluetooth używa fal radiowych w paśmie ISM 2,4 GHz. Podstawową jednostką technologii Bluetooth jest pikosieć (ang. piconet), która zawiera węzeł typu master oraz maksymalnie 7 węzłów typu slave. Wiele pikosieci może istnieć w jednym pomieszczeniu, a nawet mogą być ze sobą połączone przy pomocy węzła typu bridge, jak pokazano na rysunku nr 1. Połączone ze sobą pikosieci określa się mianem scatternet.

Rysunek 1. Połączone dwie pikosieci - scatternet.

Pikosieć jest scentralizowanym systemem TDM, urządzenie master kontroluje zegar i określa, które urządzenie i w którym slocie czasowym może się z nim komunikować. Wymiana danych może nastąpić tylko pomiędzy węzłem master i slave. Komunikacja slave - slave nie jest możliwa.

Zasięg urządzenia determinowany jest przez klasę mocy:

• klasa 1 (100 mW) ma największy zasięg, do 100 m,

• klasa 2 (2,5 mW) jest najpowszechniejsza w użyciu, zasięg do 10 m

• klasa 3 (1 mW) rzadko używana, z zasięgiem do 1 m.

Transfer

• Bluetooth 1.0 - transfer maksymalny na poziomie 15 Kb/s

• Bluetooth 1.1 - 21 Kb/s

• Bluetooth 1.2 - taki sam jak w przypadku 1.1

• Bluetooth 2.0 - transfer maksymalny przesyłania danych na poziomie 55 Kb/s, wprowadzenie Enhanced Data Rate wzmocniło transfer do 2.1 Mb/s

Warstwa radiowa

Warstwa ta odpowiedzialna jest za transport danych od urządzenia master do slave i vice versa. Jest to system o małym poborze mocy, działający na w zależności od klasy na różnych zasięgach, operujący w paśmie ISM 2,4GHz. Pasmo jest podzielone na 79 kanałów, po 1MHz każdy. System wykorzystuje modulacje FSK (Frequency Shift Keying), dając prędkości transmisji 1Mbit/s, jednak duża cześć tego widma jest zajęta przez nagłówek. Aby przydzielić kanały sprawiedliwie, wykorzystuje się skakanie częstotliwości (1600 skoków na sekundę). Sekwencję skoków dyktuje węzeł master. Systemy 802.11 oraz Bluetooth operują na tych samych częstotliwościach z takim samym podziałem pasma na 79 kanałów. Z tego powodu zakłócają się wzajemnie. Ponieważ skoki częstotliwości są znacznie szybsze w systemie Bluetooth, jest znacznie bardziej prawdopodobne, że system ten będzie zakłócał transmisje w 802.11.

2. Dlaczego w radiokomunikacji ruchomej rzadko stosuje się modulację amplitudy?

Przy modulacji amplitudy - amplituda napięcia wielkiej częstotliwości (fali nośnej) dostarczanego do anteny zmienia się w takt napięcia modulującego. Rozróżniamy kilka szczególnych przypadków modulacji amplitudy.

Najbardziej powszechnym rodzajem modulacji amplitudy, stosowanym między innymi przez wszystkie stacje radiofoniczne, jest modulowanie fali nośnej całym pasmem częstotliwości akustycznych, z których składa się mowa ludzka i muzyka. Ten rodzaj emisji oznaczany jest symbolem A3 lub skrótem literowym AM. Obecnie utraciła swój prymat na rzecz bardziej skutecznej i zajmującej węższe pasmo emisji jednowstęgowej.

Emisja jednowstęgowa stanowi szczególny przypadek modulacji amplitudy; w eter wypromieniowywana jest tylko niosąca informację jedna wstęga boczna, zaś druga wstęga boczna niosąca identyczną informację oraz fala nośna są wytłumione. Osiąga się w ten sposób znacznie większą sprawność toru łączności radiowej, gdyż cała moc nadajnika jest zużyta na wypromieniowanie tylko jednej wstęgi. Emisja jednowstęgowa stosowana jest szeroko w radiokomunikacji profesjonalnej stałej i ruchomej, używa jej także ponad 90% stacji amatorskich pracujących fonią. Emisje jednowstęgowe oznaczane są wspólnie skrótem SSB (od single side band).

3. Czym charakteryzuje się system Tetra i do czego służy?

TETRA jest otwartym standardem cyfrowej łączności radiotelefonicznej powstałym specjalnie z przeznaczeniem dla służb bezpieczeństwa publicznego i ratownictwa czyli dla najbardziej wymagających użytkowników profesjonalnej łączności radiowej. Głównym powodem wykorzystywania tego systemu jest możliwość korzystania z narzędzia komunikacyjnego, zapewniającego koordynację funkcjonowania i niezakłóconą współpracę takich służb jak policja, straż pożarna, pogotowie ratunkowe, a także innych służb bezpieczeństwa publicznego. System TETRA wprowadza się krajach, w których nie ma ujednoliconej infrastruktury łączności, co staje się już podstawowym wymogiem na całym świecie by zarządzanie łącznością pozwalało na komunikowanie się wszystkich służb ratunkowych, a także by pozwalało na koordynowanie ich działań w trakcie przeprowadzania akcji ratunkowych na dużych obszarach, gdzie koordynacja działań niemożliwa jest za pomocą standardowej łączności.

Zasada działania

Zasada działania systemu TETRA opiera się na wcześniej opracowanym systemie radiokomunikacyjnym zwanym TDMA (Time Division Multiple Access), w którym na jednym kanale radiowym o szerokości 25 kHz udostępnione są 4 niezależne szczeliny czasowe umożliwiające korzystanie z 4 niezależnych kanałów komunikacyjnych, co pozwala prowadzić 4 niezależne rozmowy telekomunikacyjne, bądź przesyłać w tym samym czasie dane. Gdy użytkownik sieci chce skorzystać z systemu - na przykład przeprowadzić rozmowe telefoniczną - wysyła prośbę o połączenie, które jest mu udostępniane w nie dłużej niż pół sekundy. Gdy przy dużej liczbie użytkowników zajęte są wszystkie kanały, a konieczne jest przeprowadzenie bardzo ważnej rozmowy telefonicznej zajęcie wszystkich kanałów eliminuje się za pomocą sprawnego operowania priorytetami połączeń. Połączenia alarmowe są w takiej sieci traktowane nadrzędnie i w razie potrzeby kanał zajęty innym połączeniem jest zwalniany.

Najnowsze osiągnięcia systemu TETRA przynoszą poza możliwością komunikacji głosowej (także szyfrowanej), integrację usług z lokalizacją za pomocą systemu GPS, dostęp do baz danych (Internet, instytucjonalne intranety z prędkością do 28,8 kbps), przesyłanie komunikatów statutowych (odpowiednik SMS), czy ostatnio także implementację WAP.

Główne cechy

Podsumowując standard TETRA zapewnia:

• komunikację czterema niezależnymi kanałami;

• zestawienie połączenia w czasie poniżej 0,5 sekundy;

• automatyczne zwalnianie zajętych kanałów dla połączeń priorytetowych;

• transmisję danych z prędkością do 28,8 kb/s lub mniejszej (zz zastosowaniem kodowania mowy)

• dostęp do sieci transmisji danych i publicznej sieci telefonicznej, SMS, e-mail

• możliwość rozszerzenia zasięgu systemu przez użycie przewoźnego przemiennika;

• łączność bezpośrednią (radio do radia) poza zasięgiem systemu;

• dostęp do baz danych bezpośrednio z radiotelefonu użytkownika;

• kodowanie przekazywanych informacji, oraz użycie innych dodatkowych zabezpieczeń;

• w pełni dupleksowe połączenia głosowe (jak w telefonii komórkowej)

Rodzaje połączeń:

• indywidualne

• grupowe

• bezpośrednie (bez pośrednictwa stacji bazowej)

• grupowe z potwierdzeniem

• rozsiewcze

Parametry warstwy fizycznej:

• szerokośc kanału częstotliwościowego - 25kHz

• każda nośna transmituje cztery kanały mowy lub danych w trybie TDMA z przeplatanym kanałem steryjącym

• bezpośrednia transmisja pomiędzy stacjami ruchomymi przy ogrniczonej odległości między nimi i przy pewnych ograniczeniach technicznych

• zakresy częstotliowości stosowane w Eurpie:

• up 380-390MHz, down 390-400MHz

• 410-420M, 420-430M

• 450-460M, 460-470M

• 870-888M, 915-933M

4. W jaki sposób działa GPS?

GPS Navstar oparty jest na zespole satelitów, krążących na orbitach 20200 km (11 tys. NM) nad Ziemią (dwukrotne okrążenie Ziemi w ciągu doby). Obecnie system jest zarządzany przez dowództwo sił powietrznych USA. Rosyjskim odpowiednikiem GPS Navstar jest system GLONASS. Na system GPS Navstar składają się trzy segmenty, wyróżniane według funkcji: segment satelitarny, segment kontroli i segment użytkownika.
Segment satelitarny tworzą 24 satelity. Satelity są rozmieszczone na sześciu planach, czyli płaszczyznach orbitalnych (cztery satelity na każdym), co pozwala na odbiór sygnału od pięciu do dwunastu satelitów z każdego punktu globu.
Segment kontroli tworzy system pięciu stacji monitorujących z głównym centrum kontroli w bazie lotniczej Falcon w stanie Kolorado. Stacje odbierają sygnały kontrolne i telemetryczne satelitów i w razie potrzeby dokonują zdalnej korekty.
Segment użytkownika tworzą odbiorniki GPS. Odbiorniki GPS przetwarzają sygnały z satelity na współrzędne położenia (trójwymiarowe), prędkość, czas itp. Ilość, dokładność oraz postać prezentowanych danych zależą od przeznaczenia i rodzaju odbiornika.

Działanie systemu jest oparte na wyznaczaniu odległości między punktem pomiaru a satelitami. Wyznaczenie położenia odbiornika na pokładzie SP w przestrzeni wymaga więc odbioru z minimum trzech satelitów (wymagane są cztery). Pomiaru odległości dokonuje się poprzez dokładny pomiar czasu, w którym sygnał radiowy dociera z satelity do odbiornika.
System GPS przewiduje dwa poziomy dokładności systemu: PPS (Precise Positioning System) - Dokładny System Nawigacji i SPS (Standard Positioning System) - Standardowy System Nawigacji.
SPS jest przeznaczony dla użytkowników na całym świecie bez żadnych ograniczeń i opłat. Dokładność SPS wynosi co najmniej 100 m przy pomiarach dwuwymiarowych (w praktyce osiągalna jest powtarzalna dokładność rzędu 40 m) i 156 m przy pomiarach trójwymiarowych.

Jak działa GPS (w największym uproszczeniu )?

Wokół Ziemi, na wysokości około 20 000km, po dokładnie znanych orbitach krążą satelity. Parametry orbit są kontrolowane przez stacje naziemne. Satelity wysyłają sygnały radiowe na częstotliwościach ok. 1,5 GHz pod kontrolą zsynchronizowanych ze sobą wzorców czasu. Na podstawie różnic czasu w jakim docierają do odbiornika sygnały z satelitów i co za tym idzie różnic drogi, mikroprocesor w odbiorniku dokonuje obliczenia pozycji odbiornika.

PYTANIA SMUTNY

1. Odbiorniki

Odbiornik radiokomunikacyjny jest urządzeniem służącym do odbierania fal elektromagnetycznych wysyłanych przez korespondenta, przetwarzanie ich na sygnały elektryczne, a następnie na głos lub inne sygnały przeznaczone do dalszego dekodowania (rys. 2).  Większość odbiorników wyposażana jest w układ automatycznej regulacji wzmocnienia (ARW), której zadaniem jest takie oddziaływanie na wzmacniacz p.cz., aby uzyskać stały poziom sygnału wyjściowego - niezależnie od wielkości sygnału wejściowego. Często napięcie ARW jest wykorzystywane jednocześnie do sterowania wskaźnika odbieranego sygnału, tzw. S-metra.   Odbiorniki o wzmocnieniu bezpośrednim- odbiorniki mające wzmacniacze wielkiej lub małej częstotliwości. Wzmacniają one i przetwarzają energię elektryczną w.cz. otrzymaną od anteny na energię o małej częst. Odbiorniki superheterodynowe- odbiorniki pracujące w układach z przemianą częstotliwości. Zasada działania: odebrany przez antenę sygnał modulowany w.cz. zostaje najpierw przetworzony w stopniu przemiany o innej w.cz., zwanej częstotliwością pośrednią, który jest wzmacniany w specjalnym wzmacniaczu częstotliwości pośredniej, a następnie za pomocą detektora jest przetwarzany na sygnał o częst. Akustycznej. Do odbioru fal bardzo krótkich w radiokomunikacji stosuje się odbiorniki superheterodynowe z podwójną przemianą częstotliwości z dwoma wzmacniaczami częst. Pośredniej. Niektóre zawierją specjalne urządzenia do ARW i ARCZ heteridyny II w celu uzyskania dostrojenia do częstotliwości nośnej sygnału z dużą dokładnością. (narysuj 2 ukl-120) Główm celem ARW jest zmniejszenie wpływu zmiany natężenia pola sygnału na moc wyjściową odbiornika. ARW zmnijesza szkodliwy wpływ zaników odbioru, wpływy zmiany pola natężenia w przypadku łączności z raiostacją ruchomą, co jest ważne przy falach krótkich i ultrakrótkich

2. Typy odbiorników

Urządzenia odbiorcze ogólnie można podzielić na trzy grupy:
a) odbiorniki o bezpośrednim wzmocnieniu - reakcyjne,
b) odbiorniki o bezpośredniej przemianie częstotliwości - homodynowe,
c) odbiorniki z przemianą częstotliwości (pojedynczą lub podwójną) superhetordynowe,
d) Odbiorniki z modulacją częstotliwości.
 Odbiorniki o bezpośrednim wzmocnieniu
Odbiorniki o wzmocnieniu bezpośrednim z uwagi na słabe parametry i szkodliwe promieniowanie nie są obecnie stosowane. Ich działanie polegało na wzmocnieniu odbieranego sygnału na częstotliwości, na której został nadany, a następnie poddaniu go detekcji amplitudy i wzmocnieniu we wzmacniaczu małej częstotliwości. W stopniu detektora stosowano dodatnie sprzężenie zwrotne (reakcję) do poprawy czułości oraz selektywności. Pomimo prostoty umożliwiały one odbiór sygnałów CW i SSB.
 Odbiorniki o bezpośredniej przemianie częstotliwości
Odbiorniki o bezpośredniej przemianie częstotliwości działają na zasadzie przemiany częstotliwości odbieranego sygnału bezpośrednio na częstotliwość akustyczną. Na wyjściu detektora występuje sygnał akustyczny jako różnica częstotliwości sygnału wejściowego i sygnału generatora (bądź odwrotnie). Całą czułość odbiornika i selektywność uzyskuje się we wzmacniaczu małej częstotliwości; z tego względu musi on charakteryzować się dużym wzmocnieniem oraz ukształtowaną charakterystyką w zakresie pasma akustycznego. Po detektorze stosuje się filtr o szerokości pasma przepustowego około 300Hz (na częstotliwości 800100Hz) dla sygnałów CW oraz 3kHz dla odbioru sygnałów SSB. Odbiorniki takie są stosowane w prostych transceiverach amatorskich, zwłaszcza telegraficznych, gdzie generator przestrajany jest wykorzystywany podczas nadawania (po wzmocnieniu i kluczowaniu fali nośnej).
 Odbiorniki z przemianą częstotliwości
Odbiorniki z przemianą częstotliwości są powszechnie stosowane w każdym zakresie odbieranych fal radiowych. Ich działanie polega na przemianie odbieranego sygnału wielkiej częstotliwości na mniejszą częstotliwość pośrednią (10,7MHz lub 9MHz czy 465kHz). Główne wzmocnienie odbiornika oraz selektywność osiąga się we wzmacniaczu pośredniej częstotliwości. Selekcji częstotliwości dokonują filtry kwarcowe lub piezoceramiczne. Po detekcji sygnał podlega wzmocnieniu we wzmacniaczu małej częstotliwości. W przypadku odbioru CW i SSB koniecznym jest stosowanie detektorów iloczynowych oraz generatorów fali nośnej (BFO) do odtworzenia fali nośnej.
 
 
3. Schematy blokowe

 
 
5. Modulacja skrośna

 odporność na modulację skrośną i zakłócenia intermodulacyjne
Najogólniej mówiąc, jest to zdolność odbiornika do odbioru słabych sygnałów w bliskim sąsiedztwie silnych sygnałów. W odbiornikach o małej odporności na modulację skrośną, w obecności silnych sygnałów na częstotliwościach bliskich częstotliwości odbieranej, następuje zablokowanie odbiornika lub silne zniekształcenia odbioru. Parametr ten, dawniej często zaniedbywany przez producentów sprzętu łączności, dzisiaj - wobec dużego zagęszczenia stacjami nadawczymi (amatorskimi i profesjonalnymi) - nabiera coraz większego znaczenia

Opis powstawania zjawiska modulacji skrośnej. Do wyjścia odbiornika przenika sygnał niepożądany, który nie został stłumiony mimo znacznej różnicy częstotliwości między jego falą nośną a falą nośną sygnału pożądanego, do którego jest dostrojony odbiornik. Powstaje to wtedy, gdy z sygnałem pożądanym przenika dość silny sygnał niepożądany (np. ze stacji lokalnej) i następuje modulowanie sygnału pożądanego sygnałem niepożądanym. W takim przypadku, pozostałe obwody rezonansowe wzmacniacza w.cz lub p.cz nie mogą wyeliminować sygnału przeszkadzającego, gdyż przenosi się on za pośrednictwem fali nośnej s. pożądanego.

 6. Sygnał lustrzany

Sygnal lustrzany jest to sygnał słyszany w odbiorniku z czestotliowosci stanowiącej różnice częstotliwości miedzy czestostliwosca heterodyny, a czestostliwoscia pośrednią, na sygnale uzytecznym z czestotliowsci stanowiacej sume czestotliwosci heterodyny i czestotliwosci posredniej.

Przyklad
W odbiorniku, ktorego czestotliwosc posrednia wynosi 465 kHz (dla uproszczenia przyjmijmy ze 500) chcemy odbierac sygnal o czestotliwosci 20 MHz. Dostajamy wiec heterodyne do czestotliwosci 19,5 MHz i slyszymy sygnal uzyteczny o czestotliwosci 20 MHz o ile obwody wejsciowe taka czestotliowsc przenosza - najlepiej jak sa do tej czestotliwosci dostrojone.
Ale jednoczesnie z sygnalem uzytecznym 20 MHz slyszymy sygnal lustrzany o czestotliwosci (19,5 MHz minus 500kHz) 19 MHz. Slyszymy dlatego ze obwody rezonansowe na wejsciu sa za malo selektywne przy tych czestotliwosciach i niewiele tlumia sygnal 19 MHz. Dlatego niskie czestotliwosci posrednie takie jak 465 kHz uzywa sie w odbiornikach na fale dlugie i srednie gdzie czestostliwosci lustrzane wypadaja bardzo daleko od czestostlowosci uzytecznej i obwody rezonansowe dobrze je tlumia. Dobre tlumienie czestotliwosci lustrzanych jest jedna z najwazniejszych funkcji odbiornika radiowego, bo przeciez chcemy sluchac sygnalu uzytecznego nie zalocanego innymi sygnalami z innych czestotliwosci.

Przy każdej częstotliwości heterodyny Fh isnieją dwie częstotliwości sygnału Fs i Fsl, które mogą być jednocześnie odebrane, gdyż w wyniku przemiany dają tę samą cz. Pośrednią:

Fh-Fs=Fp => Fs=Fh-Fp

i Fsl-Fh=Fp => Fsl=Fh+Fp

Zakładając, że pracujemy przy Fh>Fs, czyli Fs=Fh-Fp, częst. Fs to cz. Sygnału pożądnaego, a Fsl- sygnału zakłócającego. Sygnał Fsl jest nazywany sygnałem lustrzanym. Sygnały lustrzane powinny być wyeleiminowane przed stopniem przemiany częst, w przeciwnym razie mogą wystąpić silne zakłócenia odbioru. Ponieważ różnica częst sygn lustrzanego i sygn pożądanego Fsl-Fs=2Fp, więc im większa jest częst pośrednia, tym dalej leżą częst sygnałów lustrzanych oraz częst sygnałów pożądanych i tym łatwiej jet wyeliminować syg lustrzane. Sa do tego stosowane rezonansowe obwody wejściowe lub wzmacniacz w.cz. z obwodami rezonansowymi.

Aby uzyskac dostateczne osłabienie sygnałów lustrzanych oraz aby zmniejszyć wzajemne oddziaływanie obwodów wielkiej częstotliwości i heterodyny w radiokomunikacyjnych odbiornikach krótkofalowych i ultrakrótkofalowych, często jest stosowana podwójna przemiana częst. Pierwsza częst pośrdnia, uzyskana w pierwszym stopniu przemiany, jest dostatecznie duża (ponad 1MHz), aby zapewnić pożądane osłabienie sygnałów lustrzanych. Jednocześnie, dzięki dużej różnicy częst sygnału odbieranego i heterodyny zmniejsza się oddziaływanie pomiędzy obwodami wielkiej częst i heterodyny.

Schemat odbiornika superheterodynowego (z pojedynczą przemianą):

Zastosowanie przemiany częstotliwości, poza zaletami, ma też wady. Pierwszą z nich jest to, że przemiana jest przyczyną odbioru różnych, niepożądanych sygnałów. W wyniku przemiany, w ogólnym przypadku powstają sygnały o wielu częstotliwościach, będących kombinacjami częstotliwości fS i fN. Sygnałem użytecznym jest tylko

fP = fN - fS, a pozostałe sygnały muszą być wyeliminowane w filtrach wzmacniacza w.cz.



Groźniejsze jest jeszcze inne zjawisko. Załóżmy, że

fP = 465kHz. Jeśli fN = 1MHz, to głównym odbieranym sygnałem jest fS = fN - fS = 535kHz. Jeśli zaś do wyjścia dotrze sygnał o fS2 = 1465kHz, to po przemianie

1465 - 1000kHz = 465kHz = fP. Sygnał fS2 jest nazywany sygnałem lustrzanym. Wartość jego częstotliwości jest określana z zależności: fS2 = fS1 + 2fP.

Cęstotliwości jest określana z zależności: fS2 = fS1 + 2fp.



Ze wzoru wynika, że odbiornik radiowy potraktuje zarówno sygnał fS1 jak i fS2 jako użyteczne. Sytuacja taka wymaga, aby wyeliminowane fS2 nastąpiło w obwodzie wejściowym. Powraca, więc kwestia uzyskania dostatecznej selektywności obwodów przestrajanych.



Problem jest szczególnie kłopotliwy na zakresie fal krótkich, gdzie przy przyjętej na ogół wartości częstotliwości przestrajanej (~450kHz) sygnał lustrzany znajduje się w pobliżu sygnału właściwego. Selektywność obwodów w.cz. na zakresie fal krótkich jest niewystarczająca, aby w dostatecznym stopniu stłumić sygnał lustrzany. Jedną z metod (najczęściej wykorzystywanych) jest zastosowanie podwójnej przemiany częstotliwości.

Schemat odbiornika radiowego z podwójną przemianą częstotliwości:

W wyniku pierwszej przemiany, z wykorzystaniem przestrajanej heterodyny fh1, uzyskuje się sygnał o częstotliwości fP!. Wartość tej częstotliwości jest dość duża, zwykle ~2MHz, a niekiedy nawet większa od fSMAX. Pozwala to na skuteczne wyeliminowanie sygnału lustrzanego, który w tym przypadku (fP! » 2MHz) jest odległy od pożądanego o ok. 4MHz. Selektywność filtru przestrajanej częstotliwości pośredniej jest niewielka. Właściwą selektywność wprowadza wzmacniacz drugiej częstotliwości pośredniej. Tworzy się ją w drugim mieszaczu, gdzie sygnał o częstotliwości fP1 mieszany jest z sygnałem drugiej, nie przestrajanej heterodyny fh2. Częstotliwość fh2 dobierana jest tak, aby uzyskać typową wartość częstotliwości drugiej pośredniej ~450kHz.

Odbiornik z przemianą częstotliwości.

Zadaniem odbiornika radiowego jest wyłowić z ogólnego bałaganu fal tę jedną, na którą jest nastawiony, wzmocnić ją, a następnie zdemodulować, czyli odzyskać zawartą w niej informację.
Podstawowymi parametrami odbiornika są: odbierana częstotliwość (lub zakres częstotliwości), typ odbieranej emisji, czułosć użytkowa i selektywność. Czułość użytkowa określa najmniejszy sygnał wejściowy, przy którym na wyjściu odbiornika otrzymuje się określoną moc wyjściową i stosunek sygnału do szumów.

Napięcia indukowane w antenie odbiorczej są nikłe - rzędu mikrowoltów, dlatego najpierw należy je wzmocnić.
Wzmacniacz wysokiej częstotliwości ma ograniczone pasmo przenoszenia - największą czułość wykazuje dla zakresu częstotliwości, na która został zaprojektowany. Sygnały spoza pasma są tłumione, ponieważ silny sygnał spoza zakresu może "ogłuszyć" (fachowo: zatkać) odbiornik, chociaż nie może zostać odebrany.
Kiedy już wszystko, co odebrała antena jest wzmocnione, przychodzi kolej na odfiltrowanie z tego naszej jednej jedynej częstotliwości.

Zajmują się tym obwody rezonansowe LC (połączone równolegle cewka i kondensator). Aby nie wdawać się w fizykę (nie robie tu za wierszówkie), to parametry cewki i kondensatora wyznaczają częstotliwość rezonansową fr dla danego obwodu LC. Tu dochodzimy do drugiego pod względem ważności parametru odbiornika: selektywności. Selektywność (selektancja) określa ile razy większy musi być sygnał sąsiednich stacji nadawczych, aby był odbierany tak samo jak stacja do której odbiornik jest dostrojony.

Bieda w tym, że filtr LC, nawet wykonany z najlepszch elementów, ma dość słabą selektywność. Ci, co za młodu budowali odbiorniki tzw. detektorowe na Warszawę I wiedzą, że pojedyńczy obwód rezonansowy to za mało nawet na fale długie. Owszem, możliwa jest wyrafinowana (i droga) kombinacja wielu filtrów, flankujących nasz sygnał ze wszystkich stron, ale przestrajany odbiornik z odstępem między kanałami np. 25 kHz miałby tylko cesarz (a i to nie na pewno).
Dość długo w miarę wzrastania ilości chętnych do nadawania (a co za tym idzie zagęszczania się zajętych kanałów radiowych) tworzono rozmaite wynalazki zwiększające selektywność: odbiorniki reakcyjne, superreakcyjne itd. Rozwiązanie problemu przyszlo z wynalazkiem przemiany częstotliwości.

Otóż, jak to bywa, zaczęło się od głupiego pytania: dlaczego właściwie przestrajać obwody selektywne, skoro można przestroić nadajnik. I tak zrobiono. Można powiedzieć, że przemiana częstotliwości polega na przesunięciu częstotliwości sygnału z anteny tak, aby żądany kanał pasował do wzmacniacza z dokładnymi obwodami selektywnymi na jedną częstotliwość. Przesunięcie częstotliwości osiąga się przez zmieszanie wzmocnionego sygnału z anteny z częstotliwością regulowanego generatora, tradycyjnie nazywanego heterodyną.

Całe odebrane pasmo rozdwaja się: jedno przesunięte w górę, drugie w dół od swych oryginalnych częstotliwości o częstotliwość generatora. Regulując generator możemy przesuwać je po skali częstotliwości tak, że po kolei wszystkie częstotliwości z zakresu mogą pasować do częstotliwości naszego selektywnego wzmacniacza, od tej pory zwanego wzmacniaczem pośredniej częstotliwości.

Następną sprawą do zrobienia jest demodulacja sygnału. W przypadku stosowanej w łączności lotniczej modulacji amplitudowej A3E polega to na "obcięciu" za pomocą diody górnej połowy zmodulowanej fali. Obwiednia (czyli obrys) tej połówki jest właśnie naszym sygnałem użytecznym - informacją. Proces taki określa się staromodną nazwą detekcji.

W profesjonalnych odbiornikach wyższej klasy stosuje się dwa lub więcej (trzy lub czery) stopnie przemiany. Daje to lepszą selektywność, ale przede wszystkim zabezpiecza przed przedostawaniem się na wyjście odbiornika sygnałów pasożytniczych (tzw. lustrzanych, czyli fali o częstotliwości odległej od częstotliwości heterodyny o wartość częstotliwości pośredniej; mimo że leży ona poza zakresem odbioru, obwody wejściowe mogą jej nie wytłumić).

Przestrajane heterodyny współczesnych odbiorników działają z reguły na zasadzie syntezy częstotliwości. Potrzebna czestotliwość heterodyny jest składana przez układy cyfrowe z przebiegów kilku generatorów kwarcowych. Wybierać czestotliwość odbioru można wystukując na klawiaturze numerycznej albo zmieniając czestotliwość w górę lub w dół, naśladując strojenie płynne. Można zapamiętać kilka częstotliwości z zakresu i przełączać je pojedyńczymi przyciskami (preselekcja). Bardzo uprościło się też zagadnienie przestrajania odbiorników przez inne urządzenia, np. połączenie VOR z DME czy odbiorników ścieżki i kierunku ILS.

Każdy wzmacniacz, a więc i odbiornik radiowy, charakteryzuje się określonym zakresem użytecznych poziomów sygnału, które może przenosić. Zakres ten, jako stały stosunek sygnału maksymalnego do minimalnego, nazywa się dynamiką i wyraża w decybelach. Powyżej poziomu maksymalnego następuje przesterowanie, objawiające sie wzrostem zniekształceń.
Dla zmniejszenia wzmocnienia odbiornika przy wzroście sygnału wejściowego ponad pewną wartość, czyli "spłaszczenia" dynamiki, stosuje sie układ automatycznej regulacji wzmocnienia (ARW). Skuteczność ARW jest tym większa, im większy sygnał może być odebrany bez przesterowania.

W odbiornikach komunikacyjnych stosuje się regulację progu zadziałania wzmacniacza niskiej częstotliwości (tzw. squelch), pozwalającą na odcięcie szumu i sygnałów słabszych niż transmisja użyteczna.
Oprócz tego nowsze odbiorniki są wyposażone w cyfrowy procesor sygnału (DSP - digital signal processor), zmniejszające poziom szumów i poprawiające zrozumiałość transmisji.

ODBIORNIK PRZEŁĄCZANY Z ARW

1. WSTĘP

Odbiornik przełączany, znany też pod nazwą modulacyjnego lub odbiornika Dicke'ego, jest jednym z najszerzej stosowanych w radioastronomii od czasu wynalezienia w połowie lat 40. (D i c k e 1946; por. też R o b i n s o n 1964; K r a u s 1966; P r i c e 1976). Sukces tego urządzenia bierze się głównie z jego prostoty i możliwości redukcji błędu wynikającego z własnych fluktuacji wzmocnienia sekcji w.cz. odbiornika. Te wolnozmienne fluktuacje mają widmo odwrotnie proporcjonalne do częstości i w związku z tym są szeroko znane pod nazwą szumów typu 1/f (niekiedy są zwane tez szumem migotania - flicker noise). Warto wspomnieć, że chociaż wiadomo już bardzo dużo na temat tego szumu, to ciągle cieszy się on dużym zainteresowaniem z powodu niejasnego wciąż pochodzenia (np. W o l f 1978).

Działanie odbiornika Dicke'ego opiera się na pomiarze małej różnicy mocy sygnałów zamiast całego, często nieporównalnie większego, sygnału wejściowego. W tym celu na wejście odbiornika doprowadza się na przemian sygnał z anteny (T_A) i sygnał ze źródła szumów o znanej temperaturze szumowej (T_r). Głębokość modulacji wynikającej z przełączania jest proporcjonalna do różnicy temperatur T_A  T_r. Jeżeli odbiornik ma detektor kwadratowy, na wyjściu mierzy się różnicę mocy wejściowych jako różnicę w napięciach, za pomocą detektora synchronicznego (zwanego też fazowym lub koincydencyjnym). Ponieważ szum typu 1/f na częstościach powyżej kilkudziesięciu herców jest wielokrotnie słabszy (w sensie mocy widmowej) niż w okolicy 1 Hz, zatem przy częstościach przełączania rzędu 100 Hz lub większych można spodziewać się znacznej redukcji wpływu wolniejszych fluktuacji (na tyle wolnych, aby można było zaniedbać zmiany wzmocnienia na jednym cyklu przełączania wejścia odbiornika) na wynik pomiaru.

Nie jest trudno zauważyć, że zmiana wzmocnienia A² spowoduje na wyjściu odbiornika przełączanego z detektorem kwadratowym względny błąd pomiaru T/(T_A + Tr) równy:

 A²

A²

·

 T_A  T_r

T_A + T_r

.

Oznacza to, że wielce korzystna cecha niwelacji fluktuacji wzmocnienia odbiornika przełączanego znika ze wzrostem różnicy T_A  T_r. Przy różnicy równej połowie temperatury systemowej (T_A) fluktuacje są już tylko trzykrotnie mniejsze niż w odbiorniku bez przełączania. W przypadku sygnałów znacznie przewyższających poziomem mocy moc źródła porównawczego podstawowa własność odbiornika przełączanego jest niemal dokładnie stracona. Sytuacja taka pojawia się szczególnie ostro w wąskopasmowych obserwacjach Słońca na mniejszych częstościach (fale metrowe i dłuższe), gdzie ma się do czynienia z sygnałami przewyższającymi promieniowanie Słońca spokojnego nawet o 60 dB (milion razy). Chociaż istnieją inne rozwiązania systemów odbiorczych, pozwalające mierzyć sygnały o dynamice tego rzędu z zadowalającą dokładnością, to jednak spotyka się zwykłe odbiorniki przełączane w służbach Słońca tego zakresu fal (C o f f e y i S h e a 1977); m. in. w toruńskiej służbie na częstości 127 MHz taki odbiornik był w użyciu przez ostatnie kilkanaście lat.

Dla polepszenia stabilności wzmocnienia i zwiększenia dynamiki odbiornika, w stopnie w.cz. (często p.cz.) wprowadza się automatyczną regulację wzmocnienia (zwaną dalej ARW). W wyniku tego zabiegu uzyskuje się prawie liniową (w mocy) charakterystykę wzmocnienia dla sygnałów małych i zakrzywioną dla większych. W takim układzie pojawia się jednak problem kalibracji (wyznaczania rzeczywistej charakterystyki) odbiornika. Problem ten wymaga skalibrowanych generatorów szumów o wyjątkowo dużej mocy widmowej. Ten wymóg w praktyce rzadko jest zaspokajany. Prowadzi to do dalekiej ekstrapolacji charakterystyki wyznaczonej na jej początkowym odcinku (dla małych sygnałów), a konsekwencją tego są ogromne błędy w ocenie dużych sygnałów. Co więcej, dostępna literatura nie podaje teoretycznych charakterystyk odbiorników przełączanych z ARW w zastosowaniu do pomiaru sygnałów szumowych. Nie bardzo było zatem wiadomo, jak należy ekstrapolować (lub nawet interpolować) zmierzoną w pewnym obszarze charakterystykę. U B e n d a t a (1958) oraz L a w s o n a i U h l e n b e c k a (1950) są wprawdzie podane pewne rozważania na temat parametrów statystycznych sygnałów wyjściowych odbiornika z ARW, jednakże nie są one istotne przy rozpatrywaniu charakterystyki odbiornika jako całości.

II. CHARAKTERYSTYKA TEORETYCZNA

Proponowana niżej dyskusja teoretycznej charakterystyki odbiornika przełączanego z ARW pozwoli związać sygnały wyjściowe z wejściowymi, poprzez parametry odbiornika, za pomocą prostych wzorów. Na tej podstawie można będzie wnioskować, iż jeżeli już trzeba używać odbiornika przełączanego do obserwacji Słońca, to powinien on zawierać raczej detektor liniowy niż kwadratowy, z powodu większej dynamiki tego pierwszego. Dalszym rezultatem dyskusji będzie propozycja prostej i obiecującej metody kalibracji odbiornika i systemu odbiorczego z istotnym, jak podpowiada praktyka, zastrzeżeniem o idealności przełącznika wejściowego i detektora potęgowego.

Rys. 1. Odbiornik przełączany z automatyczną regulacją wzmocnienia (ARW)

Rozważania ograniczę do wersji odbiornika przedstawionego na rys. l, składającego się z liniowej sekcji wzmocnienia w.cz. z regulowanym wzmocnieniem A², detektora obwiedni o charakterystyce Rⁿ, detektora synchronicznego sterowanego sygnałem prostokątnym wytwarzanym w generatorze przełączania i futru m.cz. (integratora). Generator przełączania steruje również przełącznikiem wejściowym (przełącznik diodowy), który doprowadza do odbiornika sygnał antenowy (T_A) lub źródła porównawczego (T_r). Wzmocnienie w pętli ARW można dobrać tak, by średni (po czasie obejmującym przynajmniej kilka okresów przełączania) sygnał detektora obwiedni można było uważać za stały w czasie.

4

---