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

ется возможным. Оценить допустимые нелинейные комбинацион­ ные искажения можно пли по заметности этой помехи при субъек­ тивно статистических экспертизах [10, 11] или по изменению дина­ мического диапазона уровней передачи [7]. В работе [7] показано, что при величине нелинейных комбинационных искажений /(//l3 = = —30 дБ динамический диапазон группового тракта £)МП1{С= 30 дБ. При /(/лз= —(40—50) дБ Дмакс=(40—45) дБ. Таким образом, для удовлетворительной работы однополосного оборудования /С,-А3 дол­ жен быть порядка —(35—42) дБ, а среднеквадратичный коэффи­ циент гармонических искажений — порядка 1%.

3.3.Искажения сигналов из-за неравномерности амплитудночастотной характеристики группового тракта

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики груп­ пового тракта однополосных устройств может вызвать искажения передаваемого сигнала. Так, при передаче телеграфных сигналов (ЧМ или ФМ) неравномерность амплитудно-частотной характери­ стики вызывает искажения .переходного процесса при образовании фронтов телеграфных сигналов, вследствие чего могут появиться краевые искажения и даже дробления телеграфных сигналов. На рис. 3.6 приведены результаты расчета зависимости искажений длительности телеграфного сигнала 6ИЧХ от величины неравномер­ ности амплитудно-частотной характеристики Ар для ширины по­ лосы 2Д/ = 140 Гц п скорости телеграфирования 50 бод (кривая/) и для ширины полосы 2Д./= 3100 Гц и скорости телеграфирования 300 бод (кривая 2 ) . Из графика следует, что неравномерность ам­ плитудно-частотной характеристики особенно опасна в узкополос­ ных каналах (перепад 3 дБ в полосе 140 Гц вызывает искажения

&ичх,°/°

.3

£

4

2

Рис. 3.6

в 5% — кривая 1 на рис. 3.6) и незаметна, если изменения проис­ ходят плавно (монотонно), т. е. изменения коэффициента переда­ чи происходят в более широкой полосе (перепад 3 дБ в полосе

61

3100 Гд вызывает искажения порядка 1,3%, кривая 2). При пере­ падах (скачках) неравномерности амплитудно-частотной характе­ ристики более 12—16 дБ возникают дробления импульсов. Приве­ денные соотношения справедливы как для ЧМ, так и для ФМ.

Таким образом, для удовлетворительной передачи телеграф­ ных сигналов неравномерность амплитудно-частотной характери­ стики группового тракта однополосного оборудования должна на­ ходиться в пределах 2—3 дБ.

При передаче фототелеграфных сигналов неравномерность ам­ плитудно-частотной характеристики может повлиять на перепад

ность амплитудно-частотной характеристики ± (1 —1,5) дБ также приемлем.

При телефонной работе неравномерность амплитудно-частотной характеристики вызывает искажения речевого сигнала, восприни­ маемые как изменения тембра звучания. При недостаточном уси­ лении нижних частот тембр приобретает металлический оттенок. Наоборот, при уменьшении усиления верхних частот звук стано­ вится глухим, исчезает звонкость, передача приобретает «басящий» характер. Многочисленными экспериментами установлено, что при передаче речи неравномерность амплитудно-частотной характери­ стики в пределах ± (2—3) дБ на слух не ощущается.

Таким образом, допуск на неравномерность амплитудно-частот­ ной характеристики группового тракта однополосного оборудова­ ния должен быть установлен в пределах ±1,5 дБ (3 дБ) в полосе частот телефонного канала (3100 Гц).

3.4.Искажения сигналов из-за нелинейности фазо-частотной характеристики группового тракта

Появление искажений в сигнале, проходящем групповой тракт, фазо-частотная характеристика (ФЧХ) которого нелинейна, объяс­ няется следующим образом. При нелинейной ФЧХ время замед­ ления сигнала в тракте непостоянно в полосе частот. Любой сиг­ нал, несущий информацию при любой форме модуляции, имеет спектр из нескольких или множества составляющих на разных ча­ стотах. Если такой сигнал пропустить через тракт, в котором вре­ мя задержки различных составляющих его спектра различно, то к выходу тракта составляющие сигнала придут неодновременно и образованный таким способом сигнал будет отличаться от пер­ воначального сигнала, т. е. будет искажен.

Искажения сигналов проявляются в изменении формы и вре­ менном сдвиге характерных значений огибающей, в появлении па-

62

разитнои угловой модуляции. Исследованию фазо-частотных иска­ жений посвящены многие работы отечественных и зарубежных авторов. В работах предлагаются различные методы исследований и способы нормирования и оценки фазо-частотных искажений. Ис­ кажения ФЧХ могут оцениваться одним из следующих способов:

1.По отклонению фазо-частотной характеристики от идеальной.

2.По отклонению от постоянной величины производной фазо­ частотной характеристики, т. е. по неравномерности характери­

стики группового времени запаздывания.

3. По площади, образуемой модулем отклонения ФЧХ или ха­ рактеристики группового времени запаздывания и осью частот.

Поскольку искажения ФЧХ и сигналов, проходящих групповой тракт, связаны однозначно, то наряду с рекомендациями по нор­ мированию искажений ФЧХ имеются рекомендации по нормиро­ ванию фазо-частотных искажений сигналов по следующим пара­ метрам:

1.По величине эхо-сигналов, сопровождающих основной сиг­

нал.

2.По ухудшению помехоустойчивости.

3.По вероятности ошибочного приема.

4.По изменению длительности дискретных сигналов.

Анализ искажений сигналов из-за искажения ФЧХ проводился в работах [12—22]. Величина эхо-импульсов, их расположение от­ носительно основного сигнала определяют помехоустойчивость пе­ редачи сигналов [12]. Для ближних эхо-сигналов допускаются большие амплитуды, чем для дальних, при одинаковой помехо­ устойчивости. Если допустить ухудшение ') помехоустойчивости пе­ редачи сигналов на 3 дБ, то при AM величина эхо-сигнала может составлять минус 17 дБ от основного сигнала для наихудшего случая.

Основные допуски на отклонения фазо-частотной характери­ стики сведены в табл. 3.1. Для большего удобства пользования

I) Ухудшение помехоустойчивости определяется величиной, «а которую .нуж­ но изменить отношение оиг.нал/шум на входе детектора, чтобы скомпенсировать действие фазовых искажений для сохранения прежнего значения вероятности ошибок.

63

этой таблицей допуски на отклонения фазо-частотной характери­ стики пересчитаны в отклонения группового времени запаздыва­ ния АтГр, отнесенные к номинальной длительности передаваемого элементарного сигнала тп.

Для систем с AM допуск на отклонение фазо-частотной харак­ теристики от прямой линии принят ±0,15 рад. Аналогичный ре­ зультат получен также и в работе {13]. Для систем с ЧМ при тех же условиях допуски должны быть более жесткими.

Исследование влияния межсимвольной интерференции и эхосигналов в присутствии помех На вероятность ошибочного приема для систем с AM при синхронном детектировании [14] показывает, что для Яошср^З-10-2 неравномерность фазо-частотной характери­ стики не влияет на вероятность ошибки. Влияние количества пе­ риодов неравномерности фазо-частотной характеристики т можно не учитывать при амплитуде отклонения ФЧХ от прямой меньше 0,05 рад. При скоростях работ до 600 бод средняя вероятность ошибки будет равна 10- '1—10-5, если амплитуда отклонения фазо­ частотной характеристики не превосходит ±0,2 рад, отклонение ФЧХ от прямой одностороннее (т = 0,5), а отношение сигнал/шум не менее 7,5—8,5.

Эти исследования проведены для случая, когда полоса канала ДА= 3100 Гц, а помехой служил флуктуационный шум.

На основе использования переходной характеристики по часто­ те, представляющей собой зависимость мгновенной частоты на выходе системы от времени при мгновенном изменении частоты входного напряжения, рассчитаны искажения сигналов частотно­ го телеграфирования [15] в зависимости от искажения фазо-частот­ ной характеристики для некоторых частных практических случаев.

64

Результаты расчетов искажений телеграфного сигнала показы­ вают, что их величина зависит от амплитуды и числа периодов отклонения фазо-частотной характеристики в полосе канала, от ширины полосы используемого канала и соотношения между по­ лосой канала и удвоенной девиацией частоты.

Установлено, что искажения телеграфных сигналов в зависи­ мости от числа периодов фазо-частотной характеристики носят ко­ лебательный характер. На рис. 3.7—3.9 приведены графики зави­ симостей искажений телеграфного сигнала от величины амплитуды отклонения фазо-частотной характеристики для параметров, ука-

занных на рисунках. На основании анализа зависимостей установ­ лено, что для искажений сигнала, не превышающих 2—3%, необ­ ходимо, чтобы амплитуда отклонения фазо-частотной характери­ стики не превышала 0,1—0,15 рад.

В работе '[ 16] предлагается отличающийся от предыдущих ме­ тод нормирования фазо-частотных характеристик канала по пара­ метру, характеризующему площадь, образуемую модулем откло­ нения характеристики времени запаздывания или фазо-частотной характеристики и осью частот в полосе частот канала. Косвенным методом, задавшись определенной потерей помехоустойчивости пе­ редачи и определив допустимую величину эхо-сигналов, можно произвести нормирование характеристики канала.

Для систем передачи данных с частично подавленной верхней полосой боковых частот иногда предлагают использовать «взве­ шенную сумму» фазовых времен запаздывания сигнала в нижней и верхней боковых полосах [17]; такой параметр назван «дельтазадержкой»; величина его определяется по формуле

полному сигналу (коэффициент подавления верхней боковой по­ лосы частот); Тф = ср/ы — время запаздывания; со,, и ш„ — частоты нижней и верхней боковых полос соответственно; ср — фазовый сдвиг по частоте со.

Теоретические исследования зависимости помехоустойчивости при передаче данных от неравномерности группового времени за­ паздывания в полосе частот проведены в работе [18] для идеали­ зированного случая, когда спектральная характеристика сигнала на входе детектора представлялась в виде «приподнятого коси­ нуса», а характеристики группового времени запаздывания ап­ проксимировались в виде квадратичной параболы (рис. 3.10а) или наклонной прямой (рис. 3.116). Результаты расчетов приведены в виде графиков для ухудшения помехоустойчивости передачи сиг­ налов от величины амплитуды отклонения группового времени

66

запаздывания Дтгр, отнесенной к длительности передаваемого им­ пульса ти для случая, когда вероятность ошибочного приема со­ ставляет 10-5 (рис. 3.106 и З.Ша). Из этих рисунков следует, что, например, ухудшение .помехоустойчивости передачи на 3 дБ для случая передачи сигнала с ЧМ наступает при отклонении харак­ теристики .группового времени запаздывания на Зт„.при квадра­ тичной и «а тц Ш|ри линейной а11ипр'С1К'Симациях.

Для характеристики группового времени запаздывания сим­ метричной относительно вертикальной оси, проведенной через точ­ ку, соответствующую произвольной частоте в полосе канала, воз­ можна аппроксимация квадратичной параболой, которая полно­ стью определяется координатами любых ее трех точек. Исходя из сказанного, оценка характеристики группового времени запазды­ вания может проводиться по значениям времени запаздывания на

В соответствии с методом, описанным в [19], была рассчитана ча­ стота-ошибок для-различных значений М и 5. Результаты этого расчета приведены на графиках рис. 3.13, где М и 5 — в секундах, а скорость передачи — в бодах.

При передаче фототелеграфных сигналов неравномерность фа­ зо-частотной характеристики вызывает появление, дополнительных штрихов или окантовку деталей изображения, что объясняется пе­ репадом яркости, вызванной появлением эхо-сигналов.

Расчеты, приведенные в работах [20—21], устанавливают, что пс условию незаметности искажений перепад яркости К в должен находиться в пределах 0,025—0,05. При этом условии отклонение фазо-частотной характеристики от линейной не должно превышать

0,1—0,3 рад.

На основании приведенного обзора и работы [22] можно заклю­ чить, что нормирование фазо-частотных искажений можно провес-

ты: либо по неравномерности фазо-частотной характеристики, ука­ зав при этом величину амплитуды отклонения (Ь = 0,1—0,3 рад) и количество периодов отклонения, либо по групповому времени

запаздывания (Дтгр= -------), указав при этом максимальное от-

ДF

клонение Дтгр, используемую ширину полосы частот ДF и число периодов отклонения в этой полосе. Для телефонного канала ши­ риной 3100 Гц в полосе 550—3150 Гц часто рекомендуют т —1 и

Дтгр = 0,3—0,75 мс.

3.5.Искажения сигналов из-за паразитной частотной (фазовой) модуляции

Паразитная частотная (фазовая) модуляция вызывает иска­ жения сигналов, выражающиеся в изменении длительности или в дроблениях импульсов при передаче телеграфных или фототеле­ графных сигналов, изменении перепада яркости при передаче фо­ тотелеграфных, в появлении «фона» или хриплости в телефонной работе.

Вопросам исследования влияния паразитной ЧМ (ФМ) на сиг­ налы различной информации посвящен ряд работ. В работе (23] приведены результаты экспериментальных исследований по влия­ нию паразитной ЧМ на искажения (преобладания) телеграфных

.импульсов при работе ЧТ, ДЧТ и передаче телефонных .и м н о го к а ­ нальных .телеграфных сигналов. Зависимость искажений телеграф­ ного сигнала Simp от величины паразитной девиации ДД,,, (вГц) при

=188. йод

68-

скоростях телеграфирования 50, 188, 282 бод и частотах девиации паразитной частотной модуляции Гм = 50 и 100 Гц изображена на рис. 3.14. Влияние паразитной ЧМ на работу при передаче теле­ фонных сигналов исследовано методом субъективно-статистиче­ ских экспертиз по заметности на слух. Норму на паразитную ча­ стотную модуляцию предлагается установить по величине пара­ зитной девиации частоты в герцах (5 Гц на канал), исходя из искажений длительности телеграфной посылки.

В работе [24] теоретически и экспериментально исследовано влияние паразитной частотной модуляции на искажения длитель­ ности телеграфных сигналов и на искажения перепада яркости при передаче фототелеграфных сигналов. Зависимость искажений длительности телеграфного сигнала от величины девиации пара­ зитной ЧМ при полосе парциального канала Д/7 = 140 Гц и скоро­ сти телеграфирования 50 бод приведена в виде графика на рис.

3.15, где сплошной линией даны расчетные значения, а точками—■ экспериментальные. Зависимость изменений перепада яркости фо­ тотелеграфного сигнала от величины девиации паразитной ЧМ изображена на рис. 3.16 при частотах фототелеграфного сигнала

(индекс паразитной модуляции — 70 дБ при частоте 3400 Гц); 4 Гц к полосе 3100 Гц при флуктуационном характере (индекс пара­ зитной ЧМ — 70 дБ), исходя из допустимых искажений телеграф­ ного сигнала (искажения длительности порядка 1%) и искажений фототелеграфного сигнала (перепад яркости К в= 0,02—0,005). Та­ кая же цифра (1 Гц) для проводного тонального телеграфирова­ ния указывается в [26] по экспериментальным данным.

В работе [27] норму на паразитную фазовую модуляцию пред­ лагается установить по максимальному индексу паразитной ФМ. который должен быть, по крайней мере, на порядок меньше, чем минимальный фазовый сдвиг при многократной фазовой телегра­ фии. Так, например, для трехкратной системы ФТ индекс паразит­ ной ФМ Амане должен быть меньше 0,04 (т. е. спектральные состав­ ляющие паразитной ФМ должны быть подавлены на 35—40 дБ по отношению к несущей частоте). Там же указывается, что при при­ менении аппаратуры точных частот с частым шагом сетки вели­ чина подавления должна быть увеличена до 60 дБ.

69

Таким образом, исходя из вьш'еизложе1нио1го i m o >ki» o заключить, что величина девиации паразитной модуляции в 1 Гц в полосе 3100 Гц (индекс паразитной модуляции минус 70 дБ) будет прием­ лема для канала связи при 'передаче информации лю'бого вида.

3.6. Искажения ситнало'в за счет фона и аппаратурных шумов

Фон и шум однополосного оборудования вызывают искажения сигналов при передаче телеграфных сигналов, выражающиеся в изменении длительности телеграфных импульсов или их дробле­ ниях; искажения перепада яркости при передаче фототелеграф­ ных сигналов и делают неприятными или даже неразборчивыми сигналы речевой передачи.

Например, были рассчитаны искажения длительности 5Пф те­ леграфного имшульса при ЧМ

при частоте помехи (фона) Гп=50 Гц, шричем фон прини­ мался как синусоидальная по­ меха. Результаты расчета 6Ш|> приведены на рис. 3.17 в ви­ де зависимости 6Иф от отноше­ ния фон/сигнал {Кф). Можно видеть, что отношение фон/сиг­ нал, равное— (50-—55) дБ, не вызовет искажений телеграф­ ных сигналов.

Исследования показывают, что отношение фон/сигнал по­ рядка —(50^-55) дБ не вызывает также искажений при передаче

фототелеграфных [4] и телефонных сигналов [10], [11].

Что касается шума, то расчеты и эксперименты показывают, что отношение шум/сигнал в пределах—(55—60) дБ не вызывают искажений при передаче любого вида сигнала.

Таким образом, в качестве нормы для отношения фон/сигнал возможно принять значение —(45—50) дБ, а для отношения шум/сигнал —(55—60) дБ.

3.7.Искажения сигналов при работе автоматических регулировок напряжения в передатчике и усиления в приемнике

Как уже упоминалось в первой и второй главах, в передатчи­ ках для поддержания постоянства загрузки вне зависимости от средних уровней входных сигналов и числа действующих каналов применяется иногда специальное устройство, включаемое на вы­

70