книги из ГПНТБ / Розов В.М. Измерения и контроль в однополосном радиооборудовании

некоторых параметров: отношение сигнал/шум на выходе, ширина шумовой полосы, глубина модуляции, полное сопротивление экви­ валента антенны. Сравнительная чувствительность используется для сравнения приемников различных служб. Если приемник ра­ ботает в линейной области, то сравнительную чувствительность можно вычислить, зная коэффициент шума, по формуле

E2=4kTBRwF ■1012,

абсолютная температура, К; (обычно берут 7=293 К); В — шири­ на эффективной полосы шума, Гц, взятая как меньшая из двух ве­ личин: ширины полосы после детектирования и ширина полосы до детектирования.

2.13. Избирательность приемного устройства

Избирательность приемника есть мера его способности разли­ чать полезный сигнал, на который приемник настроен, и мешаю­ щие сигналы. Согласно МККР [15] различают два типа избиратель­ ности приемника: односигнальную и двухсигнальную.

1. Односигнальная избирательность (относительное ослабле­ ние) характеризуется полосой пропускаемых частот и крутизной боковых скатов частотной характеристики приемника. Избиратель­ ность этого вида оценивается отношением усиления приемника для сигнала, попавшего в полосу пропускания приемника К{а>о), и усиления приемника для сигнала, имеющего частоту вне полосы пропускания приемника К(со):

о _ К («о)

' к (со) '

Разность частот, на которых величина односигнальной избира­ тельности равна 3 дБ, определяет полосу пропускания приемника. Полосы пропускания современных однополосных приемников по групповому тракту составляют 20—40 кГц, а по индивидуаль­ ным трактам — 5,8; 3,1; 2,75'кГц.

2. Двухсигнальная избирательность характеризует нелинейные эффекты в первых каскадах приемника, когда уровень мешающе­ го сигнала, лежащего вне полосы приема, соизмерим или значи­ тельно превосходит полезный сигнал. В отличие от классической односигнальной избирательности, эта избирательность носит наз­ вание эффективной. Эффективная избирательность оценивается: забитием, избирательностью по соседнему каналу и уровнем пере­ крестной модуляции.

Забитие определяется относительным уровнем мешающего сиг­ нала близкой частоты (обычно рассматривается сигнал в сосед­ нем канале), который приводит к ослаблению полезного сигнала

51

выходе приемника дополнительного сигнала с уровнем, соответст­ вующим чувствительности приемника.

Динамический диапазон современных однополосных приемни­ ков составляет 50—70 дБ.

Реальные условия работы однополосного приемника таковы, что уровень сигнала на его входе колеблется в широких пределах (£-0—100 дБ). Чтобы устранить перегрузки отдельных каскадов приемника, иметь необходимую диаграмму уровней по тракту приемника и постоянство уровня выходного сигнала вводят авто­ матическую регулировку усиления (АРУ). АРУ является обяза­ тельной для всех современных однополосных приемников. В одних приемниках АРУ введена только в групповом тракте, в других, кроме указанной АРУ, имеется также АРУ воднополосных блоках. Скорость срабатывания АРУ оценивается постоянной времени це­ пей АРУ, которая для современных приемников обычно имеетсле­ дующие значения: 10; 1; 0,1 и 0,05 с и обеспечивает диапазон регу­ лировки порядка 60—80 дБ при изменении напряжения на выходе приемника на 4—7 дБ.

Диапазон регулировки системы АРУ определяется отношением в децибелах максимального и минимального напряжений на входе приемника при заданном изменении (в децибелах) напряжения на его выходе.

2.15. Параметры канала синхронизации

Для детектирования принятого однополосного сигнала, при ко­ тором, по существу, выполняется операция транспонирования сиг­ нала из высокочастотной полосы в низкочастотную, используется сигнал местной несущей, который в однополосных приемниках по­ лучается либо непосредственно из принятого пилот-сигнала, либо от специального генератора местной несущей в тех случаях, когда передача производится без пилот-сигнала (см. гл. 1). Элементы приемного устройства, с помощью которых выделяется и преобра­ зуется пилот-сигнал, обычно относят к каналу пилот-сигнала, кото­ рый иногда' называется каналом синхронизации. Канал синхрони­ зации характеризуется чувствительностью, эффективной шумовой полосой, полосой схватывания и удержания, а также устойчиво­ стью синхронизации. Поскольку при приеме сигналов от передат­ чика с низкой стабильностью частоты устойчивая работа приемни­ ка в значительной степени зависит от параметров канала синхро­ низации. Рассмотрим их несколько подробнее.

Чувствительность приемника по каналу синхронизации опреде­ ляется минимальным уровнем входного сигнала, при котором еще не нарушается синхронизация.

Эффективная шумовая полоса канала синхронизации опреде­ ляется шириной полосы эквивалентного идеального фильтра с пря­ моугольной частотной характеристикой, мощность шума на выхо­ де 'которого равна мощности шума в соответствующей точке реального канала синхронизации (рис. 2.14).

53

Полоса удержания указывает предельно возможное отклонение несущей частоты передатчика или частот гетеродинов приемника от их номинальных значений, при котором канал синхронизации

еще нормально работает.

Полоса схватывания оп­ ределяет маК'ОИ-М'ЭЛыную на­ чальную расстройку прием­ ника относительно частоты передатчика, которая может быть еще 'Сведена к миниму­ му при включенном канале синхронизации.

Устойчивость синхрони­ зации определяется интерва­ лом времени выключения ка­ пали синхронизации, в тече­ ние которого не нарушают­ ся условия синхронизации. Чем больше интервал, тем более устойчиво работает ка­ нал синхронизации.

Современные однополосные приемники имеют следующие пара­ метры канала синхронизации: чувствительность около 0,03 мкВ, полоса схватывания около 70—130 Гц, полоса удержания около 80—140 Гц, устойчивость синхронизации около 15—20 с, эффек­ тивная шумовая полоса 60—100 Гц.

В современных системах связи все чаще встречается работа без пилот-сигнала. В этом случае в зависимости от стабильности ча­ стот передатчика и приемника и точности установки номинальных значений этих частот транспонирование сигналов в приемнике мо­ жет производиться не в номинальную нч полосу (например, 250— 3000 Гц), а в несколько сдвинутую полосу (например, 255— 3005 Гц). Для многих видов рабочих сигналов такая ошибка при восстановлении исходных частот не приводит к недопустимым ус­ ловиям. Однако при приеме телефонных сигналов ошибка в вос­ становлении в несколько герц приводит к изменению тембра за счет смещения гармонических составляющих сигнала от их номи­ нальных положений.

В настоящее время допускается ошибка восстановления исход­ ных частот не более 2—5 Гц.

2.16.Показатели однополосного приемника, предназначенного для сдвоенного приема

Известно, что эффективной мерой борьбы с селективными за­ мираниями является сдвоенный прием. Однако выигрыш от ис­ пользования сдвоенного приема сильно зависит от ряда специфи­ ческих технических характеристик, используемых в ветвях приема приемников. Основные из них следующие: асимметрия чувстви­

54

Влияние искажений сигналов в однополосных устройствах на работу системы связи

радноспстемы кратко рассмотрена связь между качест­ венными показателями переданных сигналов и характе­ ристиками однополосных устройств.

Рассмотрены также зависимости между .искажения­ ми сигналов в системе .передачи и проявлениями этих искажений в виде потерн достоверности, разборчивости, качества или других потерь в передаваемых сообще­ ниях.

Показано, что численные соотношения между каче­ ственными показателями переданных сигналов н пара­ метрами однополосных устройств, входящих в систему, являются базой для нормирования характеристик и па­ раметров однополосных устройств.

3.1. Вводные замечания

Выше было показано, что сигналы, проходящие через однопо­ лосные устройства, подвергаются искажениям, возникающим нз-за внутренних флуктуационных шумов и внутренних паразитных мо­ дуляций, интенсивность которых не зависит от параметров пере­ даваемых сигналов (независимые искажения), а также искаже­ ниям, интенсивность которых зависит от параметров передавае­ мых сигналов, а причиной этих искажений является неидеальность характеристик (амплитудной, частотной, фазовой) групповых трактов устройств (зависимые искажения).

Вне зависимости от причин появления искажений и их спек­ трального состава важнейшим их свойством, заставляющим ана­ лизировать закономерности возникновения искажений и связь их интенсивности с характеристиками устройств и параметрами сиг­ налов, является их влияние на качественные показатели прини­ маемых сигналов на выходе системы связи.

Другой подход к этой же '.проблеме, все чаще используемый в последнее время, заключается в том, что рассматривают влияние неидеальности характеристик однополосных устройств на качест­ венные показатели системы связи, связывая при этом изменения качественных показателей системы с изменением качественных показателей переданных сигналов.

Поскольку оба подхода в конечном счете имеют одну и ту же цель — получение числовых коэффициентов для нормирования ха­ рактеристик и параметров однополосных устройств и получение функциональных зависимостей, необходимых для проектирования систем радиосвязи, — то ниже, при рассмотрении влияния тех или

56

других характеристик устройств, входящих в однополосную систе­ му связи, на качественные показатели принятых сигналов, будут использованы наиболее простые и точные методы оценок вне за­ висимости от того, результатом какого, подхода они являются.

3.2.Искажения сигналов из-за нелинейности амплитудной характеристики группового тракта

Рассмотрим случай, когда по системе связи рис. 3.1 передают­ ся сигналы многоканальной аппаратуры уплотнения радиотеле­ фонного канала телеграфными каналами. Групповой сигнал, пред­ ставляющий собой сумму сигналов парциальных каналов, разне­ сенных по частоте так, что спектры парциальных сигналов не пе­ рекрываются, проходя по групповому тракту (модулятор, передат-

Рис. 3.1

чик, приемник, демодулятор на рис. 3.1), искажается. Как уже бы­ ло сказано ранее, при этом возникают новые комбинационные со­ ставляющие сигналов двух любых, трех любых и т. д. каналов и гармонические составляющие’ сигналов любого канала.

Если воспользоваться устройством, представляющим собой комбинацию полосового перестраиваемого фильтра с полосой про­ пускания, равной полосе одного телеграфного канала, и осцилло­ графа, и проследить с помощью него изменение формы сигнала какого-нибудь телеграфного канала от выхода передающей стойки ТТ-17П до входа приемной стойки, то получим следующую кар­ тину.

На выходе передающей стойки и на входе модулятора сигнал канала i имеет практически постоянную амплитуду (рис. 3.2а) и переменную частоту (манипуляция). На выходе модулятора, если он имеет малую нелинейность модуляционной характеристики, ам­ плитуда окажется непостоянной, но изменения будут малы (рис. 3.26). Искажения проявляются в виде изменений амплитуды.

На выходе передатчика за счет большей нелинейности моду­ ляционной характеристики выходного каскада указанные измене­ ния амплитуды парциального сигнала проявляются более резко (рис. 3.2е). Наиболее сильные изменения амплитуды парциально­ го сигнала можно наблюдать, если в какой-то точке группового тракта для уменьшения пик-фактора группового сигнала включа­ ется амплитудный ограничитель (рис. 3.2г). В тракте приема сиг­ налы получают дополнительные искажения, а поскольку нелиней­ ность групповых трактов приемников очень мала, то эти дополни­ тельные искажения будут мало заметны. К искажениям сигналов

57

в приемниках, установленных на реальных связях, прибавляются искажения сигналов за счет радиоканала.

Нелинейные переходные комбинационные искажения ведут к искажению выходных телеграфных сигналов и тем самым к ошиб­

кам при передаче. В работах [1—8] приведены результаты теоре­ тических исследований влияния нелинейных комбинационных ис­ кажений на искажения телеграфных сигналов и на вероятность ошибочного приема. В работах [1, 3, 6, 9] и других приведены ре­ зультаты экспериментальных исследований. При прохождении многоканальных телеграфных сигналов через групповой тракт од­ нополосной радиоовязи центральный парциальный, канал оказы­ вается наиболее подверженным влиянию переходных помех, т. е. искажения сигнала в нем будут максимальными по отнношению к остальным парциальным каналам-.

Используя установленную в (3] связь между нелинейными комбинационными искажениями при подаче на вход шумового сиг­ нала (шумовым сигналом моделирован многоканальный телеграф­ ный сигнал) и нелинейностью устройства, оцененной по методу двух тонов, можно установить соотношение между среднеквадра­ тичными искажениями длительности телеграфного сигнала би и коэффициентом нелинейных комбинационных искажений /(/3. Эта зависимость, например, для каналов системы уплотнения с ЧМ

58

типа ТТ-17П приведена на рис. 3.3. Из рисунка видно, что иска­ жения длительности 5ц весьма сильно нарастают с повышением Л'/3> —(36—34) дБ.

Из упомянутых выше работ также следует,- что нелинейность амплитудной характеристики группового тракта приемника долж­ на быть ниже —60 дБ три оценке по методу двух тонов. При этом 'ве­ роятность ошибок за счет этой не­ линейности при работе многоканаль­ ной аппаратуры будет не более Ю-5.

Исследования показывают, что три независимой фазовой манипуляции в парциальных каналах нелинейные искажения и искажения телеграф­ ных тосылок имеют (Примерно ту же закономерность, что и на рис. 3.3. В ортогональной системе с перекры­ ваемыми спектрами парциальных каналов эта зависимость будет бо­ лее (СИЛЬНОЙ.

При прохождении по группово­ му тракту однополосной системы

фототелеграфных сигналов нелинейные комбинационные искаже­ ния приводят к изменению яркости, т. е. нарушается соответствие между тонами оригинала и принятой репродукцией изображения (рисунок, фотография и т. д.). Эти искажения особенно сказыва­ ются при передаче полутонового изображения. В результате тео­ ретических и экспериментальных исследований установлено, что при одновременном прохождении по групповому тракту однополос-

59

ной системы телеграфного н фототелеграфного сигналов яркость (ВСо) принятого изображения будет изменяться в зависимости от уровня нелинейных искажений (Кна) так, как показано на рис. 3.4 [4]. Из ряда исследований известно, что помеха незаметна на ре­

продукции при перепаде яркости Кв = В‘ ~ В‘- = 0,025, что соответ-

ствует величине коэффициента нелинейных искажений, измерен­ ного по методу двух тонов порядка —39 дБ. В формуле для вычис­ ления Кв обозначено: В,- — яркость без помехи; Bj — яркость при наличии помехи. При этом можно передавать высококачественные полутоновые изображения. Для коммерческого черно-белого фото­

телеграфирования при перепадах яркости Кв = 0,25 коэффициент не­ линейности однополосного оборудо­ вания может быть допущен не выше —34 дБ. При передаче по одиопо- лооны-м 1катала'М фототелеграфного сигнала с ЧМ изменение перепада яркости Кв в зависимости от коэф­ фициента 1нелп1нейтю€ти группового тракта Kfhs будет для частоты фото­ телеграфного сигнала В= 800 Гц та­ ким, как это изображено чга рис. 3.5 [5] при начальной фазе линей­ ной помехи ф0 = 0 и я.

По -результатам -последований можно видеть, что передача высо­ кочастотных полутоновых изобра­

нейные гармонические искажения проявляют себя в виде хрипло­ сти тонов. Исследования показывают, что при коэффициенте не­ линейных гармонических искажений в групповом тракте поряд­ ка (1—2) % качество передачи телефонного сигнала очень высо­ кое. На качество работы оказывают также влияние нелинейные комбинационные искажения. Причем помехи от этих искажений имеют различный характер в зависимости от рода работы сосед­ него канала.

Так, при загрузке соседнего канала многоканальным телеграф­ ным сигналом нелинейная помеха в исследуемом канале (исполь­ зуемом под передачу речи) будет слышна как сплошной шум, при загрузке соседнего канала сигналом одноканальной телеграфной или фототелеграфной работы помеха воспринимается как тональ­ ная, при передаче телефонного разговора по соседнему каналу помеха воспринимается как внятный или невнятный (неразборчи­ вый) телефонный разговор с измененной тональностью.

Теоретически, исходя из натуральности звучания или разбор­ чивости, оценить искажения телефонного сигнала не представля­

60