книги / Многочастотные системы передачи дискретных сигналов

нативные помехи. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.

По электрическим характеристикам аддитивные помехи делятся на следующие группы: флуктуационные, импульс­ ные и сосредоточенные (синусоидальные или гармониче­ ские).

Флуктуационная помеха, являющаяся непрерывным во времени случайным процессом с нормальным распределе­ нием, имеется практически во всех реальных каналах.

Электрическую структуру флуктуацпопной помехи мож­ но представить последовательностью бесконечно коротких импульсов со случайной амплитудой, следующих друг за другом через случайные промежутки времени. Так как им­ пульсы появляются один за другим довольно часто, то переходные процессы в приемнике от отдельных импульсов накладываются, образуя непрерывный случайный процесс. Столь короткие импульсы обладают широким, практиче­ ски равномерным спектром вплоть до 10к“—10й Ги, поэтому такие помехи иногда называют «белым шумом».

Так как спектральная плотность мощности флуктуацпонных помех практически постоянна во всем диапазоне частот, то для расчетов принимают, что мощность таких помех пропорциональна ширине полосы частот, а напря­ жение — корню квадратному из этой полосы. При расчете уровня помех обязательно указывают ширину полосы час­ тот, для которой производят вычисления. Обычно в ли­ тературе приводят данные уровня помех в полосе частот Д/1 = 5 кГц, при пересчете для другой полосы используют формулу

где 1/ъ — напряжение прмех в полосе 5 кГц.

Типичные флуктуационные помехи — это внутренние шумы приемника. Флуктуационными также являются по­ мехи космического происхождения и некоторые виды ат­ мосферных и промышленных помех.

Импульсные помехи представляют собой последователь­ ность импульсов произвольной формы со случайными ам­ плитудами, длительностью и временем появления, причем интервалы времени между импульсами относительно боль­ шие. Характерной особенностью является то, что переход­ ные процессы, вызванные отдельными импульсами не на­ кладываются друг на друга, так как длительность помехи

значительно меньше времени установления. ГТиковая мощ­ ность импульсных помех пропорциональна квадрату ши­ рины пропускания, а напряжение — полосе пропускания. Для практических целей достаточно статические свойства

нескольких модулированных или смодулированных коле­ баний и представляют собой сигналы посторонних радио­ станций, излучения генераторов высокой частоты различ­ ного назначения. В одних случаях эти колебания являются непрерывными, в других — они носят импульсный ха­ рактер (сигналы радиотелеграфных станций). Ширина спектра сосредоточенной помехи в большинстве случаев меньше полосы пропускания приемника.

Мультипликативные помехи вызывают быстрые зами­ рания сигнала. Физически в канале с замираниями обычн сигнал распространяется по нескольким путям (многолу­ чевость). Из-за разностей хода лучей на входе приемника сигнал представляет собой сумму отдельных колебаний с различными фазами и амплитудами. Различают медлен­ ные и быстрые замирания. Замирания считают медленными при длительности элемента сигнала Т, значительно мень­ шей среднего периода замирания тк, а быстрые — это та­ кие замирания, когда тк одного порядка с Т или меньше

Т.

В диапазоне коротких волн необходимо также учиты­ вать селективные замирания, если полоса частот сигнала составляет несколько сотен герц. При более узкополосных сигналах селективный характер замираний не проявляется, и в этом случае можно рассматривать замирания как общие.

При приеме сигнала на фоне флуктуащюнных помех для повышения помехоустойчивости применяют узкополос­ ный прием,.используя то свойство, что мощность сигнала с узким спектром при прохождении через узкополосный фильтр изменяется незначительно, а мощность помехи уменьшается пропорционально ширине пропускания фильт­ ра, в результате чего увеличивается отношение сигнал/ помеха. Однако одновременно с этим увеличивается время фильтрации, т. е. время нарастания сигнала на -выходе фильтра, достаточного для срабатывания порогового уст­

ройства. Это приводит к уменьшению быстродействия, что является основным недостатком рассмотренного способ;).

Другим способом помехоустойчивого приема на фоне флуктуационных помех является интегральный прием, т. е. прием с накоплением результата воздействия реализаций сигнала и помехи на приемник в интервале времени, рав­ ном длительности сигнала т0. К недостаткам этого способа следует отнести увеличение времени приема сигналов, а

пульсной помехи через широко­ полосный фильтр (усилитель) (рис. 1, а) на его выходе будет

помеха с большой амплитудой, но малой длительностью (рис. 1, 6), так как пропорционально увеличению ампли­ туды выходного импульса уменьшается его длительность.

После ограничения энергия импульса помехи, пропор­ циональная длительности импульса, оказывается значи­ тельно меньше энергии сигнала (рис. 1, в). На выходе уз­ кополосного фильтра (рис. 1, г) амплитуда помехи умень­ шается за счет ее длительности и становится меньше ам­ плитуды сигнала, в результате чего увеличивается отно­ шение сигнал/помеха.

К недостаткам схемы ШОУ следует отнести увеличение действия других видов помех из-за значительного усиления

их широкополосным усилителем до ограничителя, а также ограниченность использования схемы, так как она эффек­ тивна только при больших скважностях входных импуль­ сов, когда переходные процессы, вызванные отдельными импульсами не перекрывают друг друга.

Д ля борьбы с импульсными помехами применяют сле­ дующие эффективные методы: компенсации, при котором в приемном устройстве используют вспомогательный канал, выделяющий только импульс помехи, который вычитается из суммы сигнала и помехи основного канала; селекции импульсов по длительности, основанный на различиях в длительности импульсов помехи и сигнала; запирания при­ емника на время действия импульсной помехи; автомати­ ческого снижения усиления приемника; комбинированные.

, Д ля борьбы с сосредоточенными помехами в основном используют методы частотной селекции, а также подавления при помощи специальных заграждающих фильтров.

Для борьбы с медленными замираниями в радиоканалах используют, главным образом, метод увеличения энергии сигнала, основанный на повышении мощности и длитель­ ности, а для борьбы с быстрыми замираниями — различ­ ные методы многократного приема: сдвоенного с разносом по частоте; сдвоенного с разносом в пространстве; счетве­ ренного с разносом по частоте и в пространстве; многократ­ ного с разносом по углу, многократного с повторением нт.п.

В системах передачи информации для повышения поме­ хоустойчивости применяют также методы повышения избы­ точности. Например, при' статистическом методе каждое сообщение передается многократно (нечетное количество раз), накапливается в приемнике, и по результатам срав­ нений принятых по-разному искаженных сигналов «голо­ сованием по большинству» восстанавливается истинное значение передаваемого сигнала. Недостатком данного ме­ тода является резкое увеличение времени передачи.

В условиях мощных помех при передаче телеинформацни по контактным сетям, троллеям, рельсам и другим ка­ налам целесообразно использовать так называемый энер­ гетический метод,который заключается в повышении энер­ гии сигнала, передаваемого по цепи, до такой величины, чтобы он намного превосходил уровень помех. Таким об­ разом, значительно увеличивается отношение сигнал/помеха. Однако этот метод невозможно использовать при пере­

даче сигналов по линиям связи, где имеется ограничение по уровню входных сигналов.

Для уменьшения вероятности искажения информации при передаче по каналу с помехами применяют разнооб­ разные корректирующие (избыточные) коды и передачу сиг­ налов с использованием обратного канала.

Системы с каналами обратной связи подразделяют на следующие три группы: с решающей, с информационной и

скомбинированной обратными связями.

Спомощью систем с каналом обратной связи можно пере­ давать сообщения с большой скоростью, не применяя при этом сложных избыточных кодоп.

3.МОДУЛЯЦИЯ СИГНАЛОВ

Для переноса спектра частот первичного сигнала в тре­ буемую область, например п область капала связи, исполь­ зуют модуляцию. Переносчиками информации могут быть синусоидальные колебания или непрерывная последова­ тельность импульсов.

При гармонической модуляции несущими (модулируе­ мыми) являются гармонические колебания, и в зависимос­ ти от модулируемого параметра различают амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФА1) модуляции.

При импульсной модуляции в качестве несущих исполь­ зуют последовательность импульсов и в зависимости от мо­ дулируемого параметра различают амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), длительно (широтно)-импульсную моду­ ляцию !ДИМ(ШИМ)1, временно-импульсную модуляцию (В.ИМ), разновидностями которой являются фазо- (ФИМ) и частотно-импульсная (ЧИМ) модуляции. К сложным видам импульсной модуляции можно отнести импульсно-кодовую (ИКМ) и дельта-модуляцию (ДМ). Частным случаем моду­ ляции является манипуляция сигналов*, которую исполь­ зуют в системах передачи дискретной информации.

Колебания переносчика (модулируемого) сигнала .гар­ монических видов модуляции можно представить в следую­ щем виде:

следовательность одно-или двухполярных прямоугольных импуль­ сов.

где 1/т, <о0 и <р0 — соответственно постоянные амплитуда, круговая частота и начальная фаза гармонического коле* бания.

Модулирующую функцию, т. е. закон изменения пер­ вичного сигнала, запишем как х(1). При амплитудной

где А17— наибольшее отклонение амплитуды АМ-колебаии В результате АМ-колебанне можно записать;

У лм -[г/„+Д У ж (<)]со8»0< -1 /„[1 + - ^ .с ( о ] с о з » 0/, (1.13)

где отношение А11111т = т называется коэффициентом глу­ бины модуляции или коэффициентом амплитудной модуля­ ции; этот коэффициент во избежание перемодуляцни, когда на выходе модулятора резко увеличивается спектр модули­ рованного сигнала, не должен превышать единицы.

Выражение (1.13) можно переписать:

мое колебание несущей частоты, второе и третье слагаемые с частотами со0 + й и сэ0 — й называются соответственно верхней и нижней боковыми частотами.

При модуляции несущей частоты сложным сигналом, имеющим широкий спектр частот, АМ-колебание будет со­ держать верхнюю и нижнюю боковые полосы частот. Спектр АМ-сигнала, который можно получить, используя преоб­ разование Фурье,содержит несущую и две боковые полосы. Ширина спектра при АМ равна удвоенной максимальной частоте спектра модулирующего сигнала:

А®ам = 2 й макс.

В многочастотных системах передачи дискретной инфор­ мации применяется частотная манипуляция.

Для реализации процесса модуляции в системах пере­ дачи используются модуляторы, а для демодуляции, т. е. для выделения первичного сигнала из модулированного,— демодуляторы. Модулятор п демодулятор обычно объеди­ няют в общее устройство, называемое модемом.

4. ПАРАМЕТРЫ ПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ СВЯЗИ И ИСКАЖЕНИЯ СИГНАЛОВ

Передачу электрических сигналов в системах передачи информации можно осуществлять но проводным воздушным и кабельным линиям. При распространении электрической энергии по цепи активное сопротивление, индуктивность, емкость и проводимость изоляции вызывают затухание сшнала. Так как активное сопротивление У?, индуктивность А, емкость С и проводимость изоляции О распределены равномерно вдоль цепи, то элементарные короткие участки таких цепей для тональных частот с достаточной точностью можно

, Действительную составляющую а коэффициента распро­ странения, характеризующую потери в цепи, измеряют в неперах. Мнимую составляющую р, характеризующую ско­ рость распространения энергии в цепи, измеряют в радиа­ нах.

Произведение а/, где / — длина проводов цепи в ки­ лометрах, представляет собой волновое затухание цепи.

Волновое затухание участка цепи можно определить, зная величины напряжений и токов в начале цепи и в точке цепи на расстоянии / от начала:

Волновое затухание участка цепи можно определить также и через мощность в начале цепц Р„ и в точке на расстоянии / от ее начала Р :

2 /

Рис. 3. Амплитудно-частотные искажения: кривые напря­ жения в начале (а) и в конце (б) цепи; схема простей­ шего амплитудного корректора (в); кривые зависимости за­ тухания цепи, затухания корректора и результирующего затухания от частоты (г)

Одним из важных вторичных параметров проводных цепей является волновое сопротивление, которое легко определить через первичные параметры цепи:

Различают амплитудно-, фазочастотные и нелинейные искажения. Амплитудно-частотные искажения возникают вследствие неодинакового затухания токов различных час­ тот. Н а рис. 3 приведены кривые напряжений сигнала и