7. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ С ВРК

7.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АИМ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СП С ВРК

В гл. 1 отмечалось, что в системах передачи с ВРК сигнал в каж­ дом канале представляет собой периодическую последователь­ ность кратковременных импульсов, модулированных исходным сиг­ налом.

Периодическую последовательность импульсов (рис. 7.1) ха­ рактеризуют следующими параметрами: амплитудой Аа, длитель­ ностью THI частотой следования FR= \/T a и временем возникнове­ ния импульса /ц. В зависимости от того, какой из параметров им­ пульсной последовательности модулируется, будет иметь место амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная (ШИМ), фазо-импульсная (ФИМ) и частотно-импульсная (ЧИМ) модуля-

.ция. Следует отметить, что возможна модуляция, при которой одновременно изменяются несколько параметров последовательно­ сти импульсов.

При АИМ амплитуда периодической последовательности им­ пульсов изменяется в соответствии с изменениями модулирующего сигнала (рис. 7.2). Различают амплитудно-импульсную модуляцию первого (АИМ-1) и второго (АИМ-2) рода. При АИМ-1 амплиту­ ды импульсов пропорциональны амплитуде модулирующего напря­ жения, а при АИМ-2 — амплитуде модулирующего напряжения в фиксированные моменты времени, обычно в момент дискретиза­ ции. Как видно из рис. 7.2, при АИМ-1 вершина импульса изменя­ ется в соответствии с модулирующим сигналом, а при АИМ-2 вер­ шина импульса плоская. Если длительность импульсов периодиче­ ской последовательности (ти)

много меньше их периода следо­ вания, что практически всегда имеет место в СП с ВРК, то раз­ ница между модулированными импульсами при АИМ-1 и АИМ-2

оказывается незначительной. Поэтому в дальнейшем различать род модуляции АИМ не будем.

Периодическая последовательность импульсов, выполняющая в процессе модуляции роль несущего колебания, является функ­ цией времени с периодом следования Тя и может быть представ­ лена рядом Фурье

где u(t) — нормированная функция, характеризующая форму оди­

где тпдим = Umax/An— коэффициент, характеризующий глубину мо­

Выражение (7.3) после несложных преобразований может быть представлено в следующем виде:

Из выражения (7.4) видно, что частотный спектр модулированной последовательности при АИМ содержит постоянную составляю­ щую, составляющие с частотой модулирующего сигнала ©с, с час­ тотой следования импульсов периодической последовательности (Од и ее гармоник £©д. Кроме того, в составе спектра имеются бо­ ковые частоты при частоте следования импульсов сод и ее гармони­ ках &Юд. Если модулирующий сигнал имеет сложную форму и со­ держит составляющие (©min... ©шок), то характер частотного спектра модулированной последовательности сохраняется с той лишь разницей, что вместо отдельных боковых составляющих по­ явится спектр частот вида &©д± (© m in ... ©m ax) и вместо состав-

многоканальный АИМ-сигнал.

В групповом устройстве ГУПр многоканальный АИМ-сигнал уси­ ливается и корректируется.

Распределители канальных импульсов приемной станции пре­ вращают многоканальный АИМ-сигнал в N-одноканальных АИМсигналов. Распределитель представляет собой электронный ключ, аналогичный канальному модулятору передающей станции. Замыкание ключа должно происходить в тот момент, когда на его вход поступает импульс соответствующего канала, т. е. необходи­ мо, чтобы ключи Клг замыкались синхронно и синфазно с Кль По­ скольку работой Клг управляет последовательность импульсов, вырабатываемая ГО приемной станции, то, следовательно, РИКпер и РИКпр должны работать синхронно и синфазно. С этой целыо с передающей станции на приемную посылаются синхроимпульсы. Эти импульсы имеют ту же периодичность, что и канальные, ц сдвинуты относительно них во времени. Они формируются схемой ФСС, которая запускается импульсом РИКпер. В ФСС синхроим­ пульсы наделяются каким-либо отличием от канальных импульсов, например увеличением длительности. На приемной станции ПрСС выделяет синхросигнал, с помощью которого и осуществляется синхронизация работы РИКпр- Выделение синхросигнала ПрСС основано на его отличии от канальных сигналов. Если синхроим­ пульс имеет большую длительность, то он выделяется с помощью интегрирующей цепи и амплитудного селектора.

Демодуляцию канальных АИМ-сигналов осуществляет фильтр ФНЧ2, аналогичный ФНЧ) на передающей станции.

Следует отметить, что помехоустойчивость сигналов с АИМ яв­ ляется очень низкой, так как любая помеха, изменяющая ампли­ туду импульса, искажает форму огибающей импульсной последо­ вательности и, следовательно, сигнал на приеме. С точки зрения помехоустойчивости более целесообразно использовать другие ви­ ды импульсной модуляции.

7.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФИМ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ СП С ВРК

Рассмотрим вначале широтно-импульсную модуляцию. При ши­ ротно-импульсной модуляции последовательности прямоугольных импульсов исходный сигнал отображается изменениями длительно­ сти (ширины) импульсов (рис. 7.6). Так же, как и АИМ, ШИМ может быть первого и второго рода. При ШИМ-1 длительность импульсов определяется значениями модулирующей функции в мо­ менты возникновения фронта и среза импульса, а при ШИМ-2 — в тактовых точках. Если ти< 7 д, то разница между ШИМ-1 и ШИМ-2 незначительна (рис. 7.6).

составляющую, составляющую исходного модулирующего сигнала, бесконечное число гармоник частоты повторения импульсов £о)Д, каждая из которых, в свою очередь, окружена бесконечным чис­ лом боковых частот &шд±по)с. Наличие исходного модулирующего сигнала означает, что демодуляция возможна с помощью фильтра НЧ. Однако если при малых k составляющие спектра с частотами &сод—псОс имеют заметные амплитуды, то при демодуляции появят­ ся искажения. Чтобы исключить попадание этих частот в полосу пропускания ФНЧ при демодуляции, необходимо увеличить часто­ ту повторения импульсов по сравнению с 2Fmax.

По сравнению с АИМ ШИМ обладает большей помехоустойчи­ востью, так как при ШИМ для устранения влияния помех можно применять двухстороннее ограничение амплитуд импульсов.

Более помехоустойчивым видом импульсной модуляции являет­ ся ФИМ. Этот вид модуляции, как и ЧИМ, представляет собой разновидность временной импульсной модуляции, при которой им­ пульсы периодической последовательности, сохраняя свою форму и величину, смещаются во времени. Если величина сдвига импуль­ сов относительно тактовых точек определяется только амплитудой модулирующего сигнала и не зависит от частоты модуляции, то имеет место ФИМ (рис. 7.7). При ЧИМ изменяется частота следо­ вания импульсов в зависимости от амплитуды модулированного колебания. От частоты модуляции частота следования не меня­ ется.

Определим спектр сигнала фазо-импульсной модуляции, когда модулирующий сигнал uc(t) = Mma*sin act. В этом случае величину

Выражение под знаком суммы можно преобразовать, используя известные соотношения из теоремы бесселевых функций. Тогда (7.8) примет следующий вид:

составляющая, составляющая с частотой модулирующего сигнала и бесконечное число гармоник частоты повторения импульсов А<од, каждая из которых окружена бесконечным числом составляющих вида £сод±/гсос. Следует обратить внимание на то, что амплитуда составляющей, соответствующей модулирующему сигналу, пропор­ циональна частоте <о0, следовательно, при демодуляции с помощью фильтра НЧ его частотная характеристика затухания должна из­ меняться с учетом этой зависимости. Кроме того, при малых k амплитуды составляющих с частотами вида /гюд—ш.о0 значитель­ ны и могут вызвать искажения при демодуляции фильтром НЧ. По этим причинам демодуляция ФИМ-сигнала фильтром НЧ на практике не применяется, а применяют комбинированные методы, которые основаны на предварительном преобразовании ФИМ в какой-либо другой вид импульсной модуляции, при которой воз­ можна демодуляция фильтром НЧ.

Для уменьшения искажений и увеличения помехозащищенно­ сти при ФИМ, как и при ШИМ, используется двухстороннее огра­ ничение амплитуды.

Спектр ЧИМ по своей структуре практически не отличается от спектра ФИМ, но количественные соотношения здесь несколько иные. Можно показать, что помехоустойчивость при ЧИМ ниже, чем при ФИМ. Кроме того, ее практическое осуществление слож­ нее, чем ФИМ. По этим причинам ЧИМ в СП обычно не приме­ няется.

При ФИМ длительность импульса постоянна и в отсутствие мо­ дуляции может быть меньше, чем при ШИМ. Поэтому средняя мощность сигнала при ФИМ меньше, чем при ШИМ. Следователь­ но, и средняя мощность передатчиков при ФИМ меньше, чем при ШИМ. Кроме того, при одинаковой средней мощности сигнала ФИМ позволяет увеличить амплитуды импульсов и тем самым по­ высить на входе приемника отношение сигнал-помеха. Поскольку при ШИМ передаются и короткие импульсы, то полоса пропуска­ ния тракта передачи оказывается более широкой, чем при пере­ даче импульсов при ФИМ, имеющих большую длительность.

Длительность импульсов при ФИМ выбирается исходя из обес­ печения оптимальной ширины полосы пропускания тракта о точ­ ки зрения наиболее высокой помехоустойчивости; Можно пока­ зать также, что при ФИМ защищенность от переходных помех выше, чем при ШИМ и АИМ.

Перечисленные преимущества ФИМ обусловили ее широкое применение в импульсных системах передачи. Однако, как отмеча­ лось выше, демодуляцию сигнала при ФИМ осуществить с по­ мощью фильтра НЧ не представляется возможным, поэтому ФИМ сначала преобразуется в ШИМ или АИМ, а затем с помощью фильтра НЧ выделяется исходный сигнал. То есть можно ска­ зать, что АИМ и ШИМ используются главным образом как про­ межуточные виды модуляции.

Для излучения сигнала в требуемом диапазоне частот в РРСП используется сочетание ФИМ с AM или ЧМ. При необходимости сократить полосу частот, занимаемую РРСП, во второй ступени модуляции предпочтительней применять AM.

Количество каналов N в системе передачи с ВРК и ФИМ мож­ но определить из выражения N= (Тл—ТСС)1ТК, где Тя — период ди­ скретизации, Тсс — интервал времени, отводимый на передачу син­ хросигнала, Гк — канальный интервал. Здесь Тк = 2Дтmax Тз, ГДе Атта* — максимальное смещение импульсов ФИМ, т3 — защитный интервал. Максимально возможное число каналов в стволе таких систем передачи не превышает шестидесяти.

Упрощенные структурные схемы ОРС РРСП с ВРК-ФИМ-АМ показаны на рис. 7.8 и 7.9. Отличие этих схем заключается в том, что в первой из них в качестве промежуточного преобразования используется АИМ, а во второй ШИМ. Кроме того, в схеме рис. 7.8 преобразователь АИМ-ФИМ является индивидуальным, а пре­ образователь ШИМ-ФИМ (рис. 7.9) является групповым. В уст­ ройстве объединения (ОУ) формируется групповой ФИМ-сигнал; кроме информационных сигналов на него подаются синхросигнал,

К д р у г и м и ка н а л ам

сигналы служебной связи и дистанционного контроля. Эта объеди­ ненная (последовательность импульсов в тракте СВЧпер модули­ рует несущую (по амплитуде. В этом случае передатчик излучает колебания только в момент подачи на него импульсов, во время пауз между импульсами колебания не излучаются. Другими слова­ ми, передатчик работает в импульсном режиме.

В качестве передатчика можно использовать относительно про­ стую схему, содержащую мощный автогенератор колебаний СВЧ> манипулируемый импульсами ФИМ. Эти передатчики потребляют мало электроэнергии, рассеивают незначительное количество теп­ ла и имеют простые системы охлаждения. Однако включение авто­ генератора колебаний СВЧ сопровождается переходным процес­ сом. Начало его установления определяется случайной величиной напряжения внутренних шумов автогенератора. Это «вызывает слу­ чайное изменение положений фронта и среза импульсов ФИМ и в приемнике воспринимается как шум, который можно значительно уменьшить, синхронизируя автогенератор СВЧ гармониками ма­ ломощного генератора с частотой в несколько раз ниже частоты передатчика.

На приеме осуществляется обратное преобразование. В СВЧПр происходит усиление сигнала ПЧ и его детектирование. В этих схемах используются супергетеродинные приемники, состоящие из СВЧ полосового фильтра, .преобразователя частоты, усилителя промежуточной частоты с АРУ, амплитудного детектора и группо­ вого усилителя импульсов. В этих приемниках для уменьшения их стоимости не применяются сложные системы стабилизации часто­ ты, поэтому они имеют относительно невысокую стабильность частоты. Это обстоятельство приводит к необходимости увеличе­ ния полосы пропускания УПЧ.

Преобразователи ФИМ-АИМ (ФИМ-ШИМ) формируют АИМили ШИМ-сигнал из ФИМ-сигнала. Выделение сигнала данного канала осуществляется распределителем каналов (электронным