21单边带通信设备

第二章地面频率通信系统第一节单边带通信设备单边带通信设备工作在MF/HF波段，属中、远距离通信设备，是GMDSS地面频率通信系统的主要设备之一，它与卫星船站相互补充，是航行在A3和A4航区的船舶必须装配的通信设备之一。尤其是在A4航区，因为静止卫星转发的波束覆盖不到这一区域，所以航行在A4航区的船舶，只能使用单边带设备进行远距离通信。2.1.1单边带(SSB)通信的基本原理2.1.2单边带发射机的组成2.1.3单边带接收机的组成船用MF/HF通信设备(MF/HF组合电台)基本构成单边带（SSB-SingleSideBand）电话设备、NBDP终端、DSC终端和DSC值守接收机、收发及控制单元以及电源部分引言：无线电通信的基本概念1.信源:要传递的信息（语音、图象、文字）电信号.2.发射与接收:对电信号进行变换与逆变换（调制解调）.3.信道:传输信号的通道（有线或无线）.4.信宿:将电信号系统所传递的信息（语音、图象、文字）.一、通信系统的基本构成5.噪声源:内部噪声和外部噪声.2.1.1单边带（SSB）通信的基本原理一、SSB通信信号的概念单边带通信是在双边带调幅通信的基础上发展产生的，要充分了解单边带通信，还必须要了解单边带信号的特点。与调幅信号不同，单边带信号实质上是一种调幅调相波，其振幅与相位中均包含有调制信号的信息，因此其此调波的包络并不随调制信号而变化。复杂音频调制的信号单边带信号的特点：a.单边带信号的振幅与调制信号的振幅成正比，因此在没有调制信号时，单边带信号也不存在。b．单边带调制相当于调制信号在频率轴上的线性搬移，搬移的位置取决于载波的大小，但频谱结构保持不变。c．当调制信号振幅和频率变化时，所产生的单边带信号的振幅和频率作相应变化。d．SSB信号带宽：B=Fmax－Fmin（与调制信号带宽相等）。二、单边带通信的特点1.节省频带由于单边带信号中只含有一个上边带成分，因此其带宽也就等于商用音频信号的带宽，约为2800Hz。既然单路信道的带宽减小了，整个MF/HF波段内，可同时工作的信道数量也就相应增多了。这就使有限的频率资源，得到了充分的利用。2．节省功率单边带信号只发射上边带信号，而不发射其他频率成分。这样就减少了功率的损耗，使得在保证达到同等通信效果的前提下，可以大幅度减小发射机的功率。3．抗选择衰落性能好所谓选择性衰落，是指在中短波通信中，由于多径传输效应等原因，导致信号中的不同频率分量出现不同程度的衰落。由于单边带信号只包含一个上边带成分，不存在与其他频率分量之间的严格的比例关系，所以受选择性衰落的影响甚小。4．无门限效应，抗干扰性能好在单边带通信中，由于接收解调采用的是同步检波器，这种检波器具有良好的线性，因而不存在门限效应，其输出信噪比与输入信噪比成线性关系，这同时也就提高了抗干扰的能力。5．收发设备较复杂：a载波稳定度要求高;b滤波器性能要求严格;c对收发设备线性要求高.三、船用SSB通信的工作种类（发射类型）1．J3E：无载波SSB电话2．R3E：部分抑制载波SSB电话3．H3E：全载波SSB电话4．F1B（J2B）：自动接收移频报（用于NBDP和DSC工作方式）5．A3E:含有载波的双边带调幅话，即普通调幅。各种发射类型的频谱•四、GMDSS系统对单边带通信设备的要求GMDSS中的地面频率通信系统，是在对原有的MF/HF/VHF通信系统进行改造而形成的。它要求MF/HF通信系统不仅能完成常规无线电话通信业务，而且还要完成遇险报警、搜救协调通信、搜救现场通信以及日常通信。这些功能的实现还有赖于DSC终端和NBDP终端等设备，为保证各通信功能的顺利进行，GMDSS系统对单边带通信设备，提出了如下的要求：•1、设备应形成多元化的组合结构。•2、设备应能自动报警、自动值守，自动通信；•3、设备应能在开机1min后即可工作。•4、发射类型自动设置功能。•5、设备具有较高的可靠性。•6、加强和完善系统的终端设备。按以上要求配备的结果，使MF/HF单边带设备形成了一个多功能的组合通信系统。其中，由单边带设备和手持送受话器，构成了单边带无线电话通信系统；由单边带设备和DSC终端，构成了数字选择性呼叫系统；由单边带设备和NBDP终端，构成了窄带直接印字电报系统。2.1.2SSB发射机的基本组成一、基本功能作为单边带发射机，其基本的通信功能归结起来，就是完成对消息信号的调制和放大。通过调制，既能获得所需要的发射信号类型，同时又能达到所需要的射频频率。只有这样，才能满足多信道多方式的通信的需要。放大信号包括幅值放大和功率放大，以满足调制的需要和进行远距离传输的需要。二、SSB发射机的主要技术指标1.工作频段与指配频率按SOLAS公约的要求，船用MF/HF单边带发射机应能在1605~27500kHz频带内的所有频率上发射。2.互调失真：调制器、放大器和功率放大器的非线性引起的失真。功放工作于大信号，失真较大，互调失真主要取决于功放。3.输出功率：在进行话类发射时，高频输出功率以峰包功率来衡量；而在进行F1B或J2B发射时，高频输出功率则以平均功率来衡量。4.频率容限和频率稳定度：频率容限为±10Hz，频率稳定度分为长期（1天）和短期（1h）两种，一般指短期稳定度。三、SSB发射机的组成1．组成框图2．工作原理及信号流程进行信息发射时，由信息源(话筒或相应的终端设备)送出的音频信号，首先送入音频处理电路。经处理后的信号，带宽和振幅都相对稳定，有利于实现窄带发射和充分利用发射机的额定功率。音频电路边带调制电路边带滤波电路变频电路功放电路频率合成器电源控制部分调谐电路音频电路的输入，向下送入边带调制器，在此通过非线性作用，音频信号与频率合成器送来的第一载频相调制，获得无载波的双边带信号。再经过边带滤波器滤波，选出其中的下边带信号，抑制掉上边带信号，这样就获得了所需要的单边带信号。下边带信号再送入变频电路进行搬频处理。变频输出的信号，信号功率很小，不足以实现辐射，因而还要送入功放级，进行功率放大。最后，大功率的射频信号，经由调谐网络耦合到发射天线，再由天线发射出去，实现信息的发射。注：习惯上将发射机中由边带产生到完成变频这部分电路称为激励器部分。2.1.3SSB接收机的组成•一、主要功能•1、选择信号自由空间存在着多种多样的电磁波，接收机必须具有选择有用信号的能力。•2、放大信号由于无线电通信的作用距离，相对都比较远，能量会削减，要求接收机必须具有对信号放大的功能。•3、变换信号由于经天线感应得到的是已调射频信号，这样的信号只是包含有调制信号的信息，本身并非调制信号，必须对其进行变换。二、主要技术指标•1、灵敏度–指在满足一定输出信噪比，并且使终端设备能够获得有效工作的信号功率的前提下，接收天线所必须感应的最小信号强度。–在保持接收机输出端得到额定的信号功率和额定信噪比的条件下，在天线端的信号最小电动势。–微伏级•2、选择性–选择信号、抑制干扰的能力。–单信号选择性对特定频率干扰的抑制能力。包括中频干扰、像频干扰、邻道干扰等。–多信号选择性非线性作用产生许多组合频率造成的。主要有阻塞、交调、互调、倒易混频等。三、单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3保护电路fi1fi2ωΩ保护电路：–防止强信号对输入电路及高放的损害单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3输入回路保护电路fi1fi2ωΩ输入回路：选择有用信号，抑制无用信号单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3输入回路高频放大保护电路fi1fi2ωΩ高频放大：–天线来的微弱(微伏级)信号进行放大，抑制像频/中频干扰，提高信噪比–不可能放大很大，接收进来的噪声等也大单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3第一中频放大器输入回路高频放大第一混频滤波器保护电路fi1fi2ωΩ混频：本振和接收信号经过非线性作用，差变出一固定中频，从而使放大器选择性/放大倍数大大提高中频放大器进一步放大中频信号，并抑制邻近频率的干扰单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3第一中频放大器第二混频边带滤波第二中频放大器输入回路高频放大第一混频滤波器保护电路fi1fi2ωΩ单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3第一中频放大器第二混频边带滤波第二中频放大器解调器低频放大器输入回路高频放大第一混频滤波器保护电路fi1fi2ωΩ解调器：–检出原来的调制信号单边带接收机组成fSfNfL1fL2fL3第一中频放大器第二混频边带滤波第二中频放大器解调器低频放大器输入回路高频放大第一混频滤波器保护电路fi1fi2ωΩAGC电路AGC电路：当接收机输入信号电压改变时，使接收机增益自动改变以保证输出电压基本稳定。•作用：避免输入电路或第一级管子受雷电或附近强雷达波/大功率发射台击毁•类型–低通滤波器：滤除雷达波干扰–白炽灯串联分压保护：输入信号较小时，白炽灯不亮，其内阻也小；强干扰进入时，白炽灯亮，其内阻增大，起到保护作用–氖灯并联分流保护：–正反向联接二极管双向限幅保护：–综合保护：输入保护电路四、单边带接收机电路•作用：选择有用信号，抑制各种干扰•组成：LC谐振电路或滤波器及必要的耦合元件•电路形式：调谐式和不调谐式–调谐式：逐点调谐使之谐振于接收频率–不调谐式：不同波段采用不同的固定(带通)滤波器，结构简单，使用方便，有利于微机控制输入电路•可由操作员在控制器上按[BW]键选择，也可随着工作种类的选择自动完成•常用信号的带宽–单边带话音信号(J3E)：3KHz–调幅话音信号(H3E)：6KHz–移频报(NBDP/DSCF1B/J2B)：1KHz–莫尔斯报(A1A)：0.5KHz中频带宽选择电路/边带滤波器•作用：当接收机输入信号电压改变时，使接收机增益自动改变以保证输出电压基本稳定。•AGC电路的控制特性0无AGC延迟式AGC理想AGC简单AGC输入电压输出电压•G=VO/VI•有AGC电压时，增益变小AGC电路:输出、输入电压成正比:信号超过给定值才起作用:信号超过给定值输出保持不变:无论信号强弱都起作用，这对弱信号不利•AGC电路的控制特性–控制特性尽量接近理想AGC–控制作用不能使接收机产生非线性失真和工作不稳定•AGC尽量加在前级(高放/前中放)•不宜加在后面(后面信号幅度大，容易产生非线性)•不宜加在混频器上(改变直流工作点，引起组合波干扰和互调、交调失真)–AGC的时间常数要适当(控制速度要合适)