Билет 13. 1. Преобразователи частоты (смесители)

1. Преобразователи частоты (смесители). Схемы и принцип работы.

Смесители являются ключевым элементом преобразователей частоты в современных радиоприёмных устройствах. Смесители подразделяются на два основных типа:

- Аддитивные, в которых суммируется напряжения сигнала и гетеродина и затем детектируется каким-либо нелинейным элементом.

- Мультипликативные, в которых напряжения гетеродина и сигнала перемножаются.

На выходе смесителя получается смешанный сигнал, состоящий из ниже перечисленных частот:

Суммарная частота входных сигналов;

1) Частота, равная разности частот входных сигналов.

2) Обе входные частоты, которые считаются паразитными, поэтому от этих сигналов пытаются избавиться, применяя последующие фильтры.

3) При работе реального смесителя, помимо основного сигнала, на выходе присутствуют также множество побочных составляющих, образованных гармониками сигнала и гетеродина, которые должны быть отфильтрованы полосовым фильтром или ФНЧ.

Важным свойством смесителя является то, что преобразование выполняется с сохранением спектра сигнала, то есть его модуляции и прочих параметров.

Как уже мы рассматривали ранее для переноса частоты принимаемого сигнала на промежуточную частотунеобходимо осуществить умножение входного сигнала на синусоидальное напряжение местного генератора (гетеродина). Устройства, умножающие два аналоговых сигнала, в радиоприемных и радиопередающих устройствах получили название смесители. Обычно операция умножения двух аналоговых сигналов осуществляется за счет вольтамперной характеристики нелинейного элемента. Пример вольтамперной характеристики нелинейного элемента приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 Умножение двух аналоговых сигналов за счет вольтамперной характеристики нелинейного элемента

В реальных схемах смесителей амплитуда сигнала местного генератора (гетеродина) многократно превышает амплитуду входного сигнала. Поэтому динамическое сопротивление (или коэффициент передачи) нелинейного элемента можно рассматривать как функцию от напряжения гетеродина. Коэффициент передачи нелинейного элемента определяется по формуле:

,

поэтому крутизну можно рассматривать как производную от вольтамперной характеристики нелинейного элемента. Тогда напряжение на выходе смесителя будет записано следующим образом:

Эта формула показывает, что описанное изменение режима работы нелинейного элемента под действием напряжения гетеродина эквивалентно умножению входного сигнала на это напряжение. Если вольтамперная характеристика будет представлять собой квадратичную зависимость тока от напряжения, то производная от нее будет являться линейной функцией, и в этом случае крутизна нелинейного элемента будет линейно зависеть от напряжения гетеродина, а значит, в смесителе не будут проявляться нелинейные искажения полезного сигнала.

Теперь определим коэффициент передачи смесителя (преобразователя частоты). Для этого воспользуемся зависимостью крутизны нелинейного элемента с квадратичной характеристикой от входного напряжения. График зависимости крутизны от входного напряжения для нелинейного элемента с квадратичной характеристикой приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. График зависимости крутизны от входного напряжения для нелинейного элемента с квадратичной характеристикой

К сожалению, кроме описанного полезного преобразования, на выходе нелинейного элемента будут присутствовать и дополнительные компоненты спектра. Прежде всего, это напряжение самого гетеродина и его гармоник. Ведь нелинейный элемент обладает и статическим коэффициентом передачи. То же самое можно сказать и по отношению к входному сигналу. В случае квадратичной характеристики нелинейного элемента на его выходе будет присутствовать напряжение первой и второй гармоник, как гетеродина, так и входного сигнала.

2. Системы сигнализации в сети IP-телефонии в системах подвижной радиосвязи.

По сравнению с сигнализацией в обычных телефонных сетях сигнализация IP-телефонии должна обладать более широкими возможностями в силу специфики конечных узлов. Они могут иметь самые разные характеристики в части требуемой полосы пропуска­ния, кодирования/декодирования аудиосигналов, передачи данных и т.д., и для установления сеанса связи между ними необходимо убедиться в совместимости этих характеристик.

В системах IP-телефонии процедуры управления вызовами выполняются протоколами сигнализации, а непосредственная маршрутизация трафика через IP-сеть обеспечивается протоколами: OSPF или BGP (резервирование сетевых ресурсов возможно, например, при помощи протокола RSVP). Таким образом, архитектура сети IP-телефонии предусматривает разделение плоскостей управления и передачи пользовательской информации, что является наиболее благоприятным условием для внедрения новых услуг (рис. 4.1).

В настоящее время еще окончательно не решен вопрос выбора оптимальной архитек­туры управления вызовами особенно для Интернет-телефонии: должна ли она быть интегрирована с существующими службами Интернет или развернута отдельно для обеспечения управления в режиме реального времени. Первый подход привлекает Интернет-провайдеров, которые рассматривают услуги Интернет-телефонии лишь как небольшую часть своего сер­висного пакета. Они планируют предлагать эти услуги по фиксированным тарифам, исполь­зуя максимально упрощенную схему управления услугами. За второй подход ратуют опера­торы, для которых Интернет-телефония является основной или даже единственной предла­гаемой услугой. Им необходимы системы, способные обеспечить высокий уровень контроля за использованием сетевых ресурсов и мощные средства биллинга.

Рис. 4.1 Управление вызовами в сети IP - телефонии

Еще один важный вопрос, связанный с сигнализацией в IP-телефонии - контроль за доступом к сети. В обычной телефонной сети общего пользования (ТфОП) абонент подключа­ется к АТС через фиксированный местный шлейф, поэтому идентифицировать его телефон­ный аппарат очень просто. В сети IP-телефонии все гораздо сложнее, поскольку существует множество разных способов доступа к ней: с обычного телефона через ТфОП, по модемному соединению через сервер удаленного доступа, через ЛВС и территориально распределенную сеть и т.д. Кроме этого, пользователи могут перемещаться между различными сетями, таким образом, абонента нельзя идентифицировать по используемой им линии доступа.

Для эффективного контроля за доступом оператор должен аутентифицировать каждо­го пользователя, запрашивающего услугу. С увеличением числа операторов IP-телефонии требуются также средства контроля за трафиком на границе между их сетями. Такие средства должны осуществлять контроль за доступом и использованием сетевых ресурсов и выполнением соглашений по качеству обслуживания. При их отсутствии оператору может оказаться проблематичным гарантировать пользователю определенный класс обслуживания, если его трафик частично проходит через сеть другого оператора.

На рис. 4.2 показано место механизмов сигнализации IP-телефонии в протокольном стеке: над ними находятся приложения, под ними - транспортные службы IP. Приложение может представлять собой телефонный шлюз.

Рис. 4.2 Механизмы сигнализации IP – телефонии в протокольном стеке