книги из ГПНТБ / Ягодин, В. П. Техника буквопечатающей радиосвязи

Г л а в а VI

МНОГОКАНАЛЬНАЯ БУКВОПЕЧАТАЮЩАЯ СВЯЗЬ ПО ОДНОПОЛОСНЫМ РАДИОЛИНИЯМ

Многоканальной (или многократной) телеграфной радиосвязью называют такую связь, при которой через один радиопередатчик одновременно передается несколь­ ко сообщений одному и тому же или разным корреспон­ дентам. Многоканальная буквопечатающая связь широ­ ко применяется на линиях магистральной радиосвязи. Основные требования, предъявляемые к линиям маги­ стральной связи, — большая пропускная способность, высокая помехоустойчивость и надежность. Благоприят­ ные условия для многоканальной связи оказываются в системах однополосной радиосвязи [20, 52), обладающих большой помехоустойчивостью.

1. Принцип работы однополосных радиолиний

При телефонной радиопередаче излучаемое модули­ рованное колебание содержит несущую частоту и верх­ нюю и нижнюю боковые полосы (ВБП и НБП). Переда­ ваемое сообщение заключено только в боковых полосах, а несущая частота играет вспомогательную -роль, хотя на нее тратится две трети излучаемой мощности пере­ датчика. Сообщение можно передавать лишь на одной боковой полосе частот, не излучая несущую и вторую боковую полосу. Такая передача называется однополос­ ной (ОБП). В приемном устройстве к принятому сиг­ налу одной боковой полосы для его детектирования до­ бавляется колебание несущей частоты от местного гете­ родина. Частота последнего строго синхронизируется е

130

несущей частотой, подавляемой в передающем устрой­ стве.

Однополосная (ОБП) радиосвязь имеет существен­ ные энергетические преимущества по сравнению с двух­ полосной (ДБП). Переход на однополосную работу поз­ воляет полностью использовать мощность ламп выход­ ной ступени передатчика’, сужает вдвое полосу излучае­ мых частот и уменьшает искажения принимаемого сиг­ нала из-за особенностей распространения радиоволн в ионосфере.

Принято считать, что однополосная передача по сравнению с двухполосной дает общий выигрыш по излу­ чаемой мощности передатчика приблизительно в 8—16 раз [4]. Это означает, что для связи на заданное расстояние (при равиоценнном качестве) при ОБП требуется мощ­ ность передатчика приблизительно в 8—16 раз меньше, чем при ДБП. Большой эквивалентный выигрыш мощно­ сти при однополосной передаче позволяет широко ис­ пользовать эти системы для многоканальной связи.

При приеме однополосных сигналов необходимо вос­ станавливать в приемном устройстве несущую частоту и для неискаженного воспроизведения передаваемого со­ общения точно синхронизировать ее с подавляемой не­ сущей передатчика. Расхождение этих частот не должно превышать 10 гц при телефонной передаче и 1— 2 гц при многоканальной телеграфии и радиовещании. Такие же­ сткие требования синхронизации этих частот удовлетво­ ряются двумя путями [4]. Первый путь — в передатчике колебания несущей частоты подавляются не полностью и оставляется остаток ее (примерно 10% максимальной амплитуды тока в антенне). Излучаемый остаток несу­ щей (так называемый пилот-сигнал) образует в прием­ ном устройстве опорный сигнал, с помощью которого ча­ стота гетеродина местной (восстанавливаемой) несущей автоматически подстраивается с высокой точностью. Изза наличия этого остатка несущей эффективность одно­ полосной передачи несколько снижается. Это вынуждает выбирать величину остатка несущей частоты небольшой. Но чрезмерное уменьшение его недопустимо, так как он может оказаться соизмеримым с уровнем помех в прием­ нике, что затруднит работу автоматической подстройки. Второй путь — применение высокостабильных генерато­ ров в возбудителе передатчика и гетеродине -приемника.

Техника стабилизации частоты на коротких волнах по­ зволяет получить относительную нестабильность частоты порядка 1• 10~7; при этом на высшей частоте указанного

более перспективный потому, что не требует излучения остатка несущей, исключает необходимость автоматиче­ ской подстройки частоты гетеродина, упрощает прием­ ное устройство.

Тем не менее в ряде случаев (например, при однопо­ лосной связи- с быстро летящими самолетами) автомати­ ческая подстройка частоты необходима даже при очень высокой стабильности частоты передатчика и приемника [68]. Дело в том, что при изменении направления и ско­ рости движения самолета вследствие эффекта Допплера наблюдается значительное отклонение частоты прини­ маемых сигналов относительно частоты излучаемых. При этом для неискаженного воспроизведения передаваемо­ го сообщения в приемнике нужно компенсировать допплеровский сдвиг частоты. Это можно сделать с по­ мощью автоподстройки частоты.

Формирование сигнала одной боковой полосы в пе­ редатчике и приемнике возможно несколькими метода­ ми. Особенно широко применяется выделение ОБП сиг­ нала с помощью балансных модуляторов и фильтров [5]. Балансный модулятор служит для подавления колеба­ ний несущей частоты, а фильтры выделяют одну из бо­ ковых полос. Боковые полосы незначительно отличаются одна от другой по частоте (примерно 600 гц) и отфильт­ ровать их непосредственно трудно. Поэтому подавления несущей и ненужной боковой полосы в передатчике до­ стигают путем последовательного разноса боковых по­ лос и выделения одной из них с помощью высокоизби­ рательных фильтров.

щей частоты f1 (примерно 100 кгц). В модуляторе в ре­ зультате балансной модуляции колебание несущей ча­ стоты подавляется и остаются только колебания двух боковых полос: верхняя f\ + F и нижняя fi—F. На вы-

132

а

б

Рис. 40. Структурная схема однополосной радиолинии;

а — передающее устройство; 6 — приемное устройство

ходе £Mi фильтром Ф[ выделяется нужная из них (на­ пример, ВВП), и этот сигнал вводится далее в следую­ щий балансный модулятор БМ2. Степень подавления ненужной боковой полосы (примерно в 1000 раз по на­ пряжению) определяется в основном характеристикой избирательности фильтра Ф\. Последняя должна иметь крутые склоны, чтобы фильтр хорошо разделял боковые частоты fi + F и / 1—F, отстоящие одна от.другой мини­ мум на 600 гц. В современных передатчиках для этого широко применяются кварцевые или электромеханиче­ ские фильтры, подавляющие ненужную боковую полосу

/более чем в 1000 раз по напряжению [5].

Далее в модуляторе БМ2 выделенные фильтром Ф\ колебания ВВП модулируют колебания вспомогатель­ ной частоты f2 (примерно 3000 кгц), и на выходе моду­ лятора полосовым фильтром. Ф2 выделяются колеба­ ния ВВП, равной f2+ f ] + F . В модулятор БМ2 вводится также остаток колебаний несущей fi с небольшой, но строго нормированной амплитудой (около 10% от ам­ плитуды выделяемой ВВП), управляющий автоподстрой­ кой частоты в приемнике (пилот-сигнал). После второго преобразования разнос боковых полос уже достаточно большой и фильтр Ф2 может быть относительно простым. Выделенные им колебания модулируют в третьем ба­ лансном модуляторе БМ3 колебания частотой /3 возбу­ дителя (синтезатора) передатчика. На выходе БМ3 фильтр Ф3 выделяет колебания ВВП /з + Ь + Ь + Б. Здесь применяется полосовой фильтр Ф3, перестраиваемый на различные частоты возбудителя в пределах его рабоче­ го диапазона. Так в результате многократной балансной модуляции на поднесущих частотах / ь f2 и /3 спектр ча­ стот модулирующего сигнала F перемещается в диапа­ зон излучаемой высокой частоты fp.

В зависимости от величины первой несущей часто­ ты /i и ширины диапазона рабочих частот в передатчике могут быть две—три ступени балансной модуляции. Сформированный на малом уровне мощности ОБП сиг­ нал в усилителе УМ подвергается усилению до необхо­ димого уровня мощности. Основное требование к усили­ телю — большое усиление однополосного сигнала при минимальных искажениях.

Для получения высокой стабильности частоты излу­ чаемых колебаний все вспомогательные частоты в пере-

134

датчике получаются от одного высокостабпльного опор­ ного кварцевого генератора в синтезаторе.

В приемном устройстве однополосный сигнал преоб­ разуется в обратном порядке: принимаемый сигнал ча­ стотой fp, содержащий передаваемое сообщение, перено­ сится последовательно из спектра высокой частоты в область . низких частот. Приемное устройство — это (рис. 40, б) супергетеродинный приемник с двойным пре­ образованием частоты [68]. Принятый сигнал /р после усиления в усилителе высокой частоты УВЧ преобра­

стоты УПЧ\ выделяется и усиливается только сигнал разностной частоты / г —fv—/ ПЧ1.Эта частота для полу­

второго гетеродина / г В последующем усилителе вто-'

рой промежуточной частоты УПЧ2 полосовым кварцевым фильтром Ф выделяется вторая промежуточная частота /пча= /г ,— / пч,, представляющая однополосный сигнал,

например, ВВП.

Однополосный сигнал вводится в демодулятор вме­ сте с колебаниями местной несущей частоты fmi. Демо­ дулятор действует подобно гетеродинному преобразова­ телю частоты (смесителю). Для эффективной демодуля­ ции в нем величина напряжения местной несущей уста­ навливается примерно в 5—10 раз больше напряжения однополосного сигнала [3]. В результате демодуляции образуется сигнал низкой частоты F, соответствующий переданному. После необходимого усиления в усилите­ ле УНЧ он поступает на телефонный выход приемника.

Колебания местной несущей частоты fмы для демоду­ ляции однополосного сигнала можно -создавать двумя способами. При приеме сигналов высокостабильных однополосных передатчиков колебания fMн формируют путем преобразования высокостабильной частоты опор­ ного кварцевого генератора в синтезаторе частоты.

Вслучае'приема сигналов-однополосных передатчиков

сотносительно невысокой стабильностью частоты '(по­

135

рядка 1- 10-6) колебания местной несущей получают от отдельного генератора ГМН, который автоматически подстраивается по принимаемому пилот-сигналу (остат­ ку несущей) f :.

Напряжение пилот-сигнала Д выделяется после уси­ лителя второй промежуточной частоты кварцевым фильтром Фпс с полосой пропускания -50—100 гц [68]. Благодаря столь узкой полосе пропускания этого филь­ тра достигается достаточно высокая помехоустойчивость тракта выделения пилот-сигнала, имеющего небольшой уровень.

Автоматическая подстройка частоты, устанавливаю­ щая синхронизм восстанавливаемой и подавляемой не­ сущих частот, осуществляется устройством АПЧ, содер­ жащим фазовый детектор ФД и электромотор Эм. Ча­ стота пилот-сигнала /у сравнивается с частотой местной

ляющее напряжение ± Е У управляет электромотором Эм, вращающим через редуктор конденсатор небольшой пе­ ременной емкости, который изменяет частоту генератора ГМН. Подстройка генератора продолжается до тех пор, пока частота не станет точно равна частоте /М1ь а на­ пряжение Еу будет равно нулю. В отсутствие напряже­ ния Еу электромотор находится в состоянии покоя. Устройство автоподстройки может быть выключено, если стабильность частоты передатчика и приемника

автоподстройки частоты используется для автоматиче­ ской регулировки усиления АРУ приемника при зами­ раниях принимаемого сигнала.

Однополосные радиолинии можно использовать для одноканальной и многоканальной связи. Вторую (сво­ бодную) боковую полосу занимают для второй переда­ чи, в результате чего получается двухканальная теле­ фонная линия с двумя независимыми боковыми полоса­ ми. Характеристики образуемых при этом телефонных радиоканалов соответствуют требованиям МККТТ на стандартные телефонные каналы и позволяют использо­ вать вторичное уплотнение.

По зарубежным данным, однополосная передача впервые была применена более двадцати лет назад на линиях магистральной коротковолновой радиосвязи. В последующем ее применение распространилось и на подвижные коротковолновые радиостанции [68]. Для ко­ ротковолновых линий как наиболее экономичного сред­ ства малоканальной дальней связи переход на ОБП су­ щественно повышает надежность и устойчивость связи, увеличивает пропускную способность и достоверность передачи сообщения. К недостаткам однополосной пере­ дачи относят требование высокой стабильности частоты, необходимость восстановления в приемном устройстве с большой точностью несущей частоты и вызванное этим усложнение передающей и приемной аппаратуры.

2. Принцип многоканальной буквопечатающей радиосвязи

По телефонному каналу однополосной радиолинии посылки постоянного тока телеграфного аппарата пере­ даются в виде тональных сигналов частотной или фазо­ вой телеграфии.

Разделение каналов многоканального телеграфиро­ вания может быть частотным, временным или комбини­ рованным (частотно-временным). Иногда вместо «раз­ деления» говорят об «уплотнении»' каналов — частотном, временном и частотно-временном. При частотном уплот­ нении полоса пропускания телефонного стандартного канала 300—3400 гц с помощью фильтров на стороне передачи и приема делится на ряд узкополосных кана­ лов, через которые и передаются телеграфные сигналы. Количество этих каналов зависит от скорости телегра­ фирования. В соответствии с рекомендациями МККТТ поднесущие (средние) частоты телеграфных каналов при скорости телеграфирования 50 бод расстанавливают че­ рез 120— 170 гц (начиная с частоты 425 гц), а сдвиг ча­ стоты при манипуляции составляет 60 и 120 гц. Посылке отжатая соответствует более низкая частота /0; а по­ сылке нажатая — более высокая частота fa [70].

При временном разделении вся полоса частот телефон­ ного канала используется для одной скоростной теле­ графной передачи. В канале одна поднесущая частота манипулируется посылками одного скоростного теле­

137

графного аппарата. При этом можно получить насколь­ ко каналов за счет многократности аппаратуры. Много­ кратность достигается поочгредной передачей через ка­ нал связи сигналов от нескольких телеграфных аппа­ ратов.

При частотном уплотнении можно использовать лю­ бую оконечную телеграфную аппаратуру, довольно про­ сто выделить и ответвить любой канал. Но значительная часть полосы телефонного канала используется непро­ изводительно на расфильтровку телеграфных каналов. Общая мощность передатчика должна распределяться равномерно между всеми телеграфными каналами. Уро­ вень сигнала каждого тонального канала должен быть небольшим, чтобы суммарный уровень сигналов всех те­ леграфных каналов не превышал общий уровень при телефонировании. Это необходимо во избежание помех со стороны уплотненного канала соседним телефонным каналам. Временное уплотнение позволяет передавать сигналы более высокой мощности, чем при частотном уплотнении, причем вся мощность передатчика расхо­ дуется на сигнал одного канала, а-поочередная переда­ ча исключает взаимные помехи между каналами. Но при этом требуется синхронная аппаратура, что затрудняет выделение и ответвление отдельных каналов. Аппарату­ ра с частотно-временным разделением каналов, объеди­ няющая оба метода уплотнения, позволяет получить большее число каналов, чем при частотном уплотнении, и сравнительно легко выделять и ответвлять отдельные каналы. Полоса телефонного канала в ней разбивается, например, на четыре узких частотных канала с полосой эффективно передаваемых частот около 700 гц. Каждый из них в свою очередь уплотняется многократной аппа­ ратурой с временным разделением [37].

Временное уплотнение долгое время было единствен­ ным применимым методом для систем амплитудного, ча­ стотного и двойного частотного телеграфирования. Но внедрение на линиях магистральной коротковолновой радиосвязи однополосной передачи сделало равноцен­ ными частотное и временное уплотнение. Поэтому в практически применяемых комбинированных частотно­ временных системах уплотнения роль временного метода сводится лишь к некоторому повышению (в два—четы­ ре раза) скорости телеграфирования в каналах. При

138

этом аппаратура вторичного уплотнения может быть проще, чем при одном временном разделении каналов.

Структурная схема (рис. 41) поясняет сущность многоканального . частотного телеграфирования с по-, мощью иностранной шестиканальной аппаратуры вто­ ричного уплотнения АВУ [20, 70]. На схеме показана пе­ редача сигналов только в одном направлении; передача их в обратном направлении осуществляется аналогичным образом. В тональном передатчике каждого телеграфно­ го канала имеется генератор поднесущей частоты, мани­

от первой на 170 гц. Для первого канала, например, эти частоты равны соответственно 425 п 595 гц. Для других каналов номинальные значения этих частот указаны на схеме. При манипуляции переход с одной частоты на другую происходит скачком, но без разрыва фазы коле­ баний поднесущей. Это достигается тем, что манипуля­ тор изменяет емкость колебательного контура генерато­ ра поднесущей, подключая к контуру дополнительную емкость при отжатйи и отключая ее при нажатии. Фильтры Фа и Ф0 после генератора выделяют часто­ ты и fо, отсеивая побочные составляющие. Сокраще­ ние полосы частот, занимаемой каждым передатчиком, необходимо для устранения взаимных помех между смежными телеграфными каналами. Аналогично форми­ руются сигналы и другихтелеграфных каналов. Таким образом, на выходе аппаратуры уплотнения образуется групповой -сигнал из манипулированных поднесущих, расположенных в полосе 425—2295 гц, который вводит­ ся в групповой усилитель ГУ однополосного канала ра­ диопередатчика.

В пункте приема групповой сигнал с выхода группо­ вого усилителя ГУ однополосного канала радиоприем­ ника вводится в приемную часть аппаратуры тонального телеграфирования, где распределяется по соответствую­ щим каналам. В тональном приемнике, например, пер­ вого канала (рис. 41) сигналы частот нажатия и отжа­ тая сначала выделяются проходными фильтрами с ши­ рокой полосой пропускания, а затем ограничиваются по амплитуде в общем ограничителе бгр., вновь расфильтровываются выходными узкополосными фильтрами и

139