книги из ГПНТБ / Машбиц Л.М. Цифровая обработка сигналов в радиотелеграфной связи

а также частоты на выходе ГУН (схема рис. 3 . 1 3 )

те построения частотного манипулятора прямой отсчет номинала рабочей частоты передатчика по установочным переключателям ДСП сохраняет силу как в случае работы с частотной манипуля­ цией, так и в случае работы в режиме излучения частоты номина­ ла /0.

Для получения заданных четырех значений частотного сдвига 2Д/ необходимо, очевидно, обеспечить и четыре соответствующих

Построение фазовых манипуляторов на базе дискретных логи­ ческих цепей основано на использовании триггерного делителя ча­ стоты в качестве оперативной фазосдвигающей цепи или в каче­ стве формирователя некоторого набора непрерывных сигналов, имеющих взаимный фазовый сдвиг на заданный угол ср. Некоторые варианты построения фазовых манипуляторов на основе дискрет­ ных логических цепей приводятся в работах [ 3 , 8 7 ] .

Рассмотрим основные принципы применения цифровых решений в фазовых манипуляторах на конкретном примере построения уни-

100

нереального устройства, обеспечивающего работу в четырех режи­ мах фазовой телеграфии — ФТ, ДФТ, ОФТ и ДОФТ. Функциональ­ ная схема такого манипулятора приведена на рис. 3.15.

2. При этом в режимах ДФТ и ДОФТ триггеры / и 2 работают раз­

синфазно.

При помощи матрицы кодирования 3 (ее' принципиальная схе­ ма дана на рис. 3.16) сигналы, поступающие от триггеров 1 и 2, кодируются в четверичном коде (логическая единица на одном про­ воде и логический нуль на трех остальных проводах) и поступают на выходы матрицы, обозначенные номерами: 0, 1, 2 и 3. В случае абсолютного кодирования (ФТ и Д Ф Т ) переключатель 4 устанав­ ливается в позицию 1 и на входы матрицы, обозначенные номера­ ми 4, 7, поступают постоянные потенциалы, что обеспечивает однозначную связь между позицией манипулирующего сигнала (соответственно для ДФТ — сочетание позиций манипулирующих сигналов) и номером активного (имеющего состояние «1») выхода кодирующей матрицы.

Для получения относительного кодирования (ОФТ, ДОФТ) пе­ реключатель 4 устанавливается в позицию 2. Тогда на входы 4, 7 матрицы 3 будет поступать 'информация о состоянии выхода

101

матрицы в предшествующей посылке, хранящаяся в узле опера­ тивной памяти (элементы 5—21). В этом случае текущая позиция (соответственно для ДОФТ сочетание текущих позиций) манипу­ лирующего сигнала отображается на выходе матрицы числом шагов..

на которые будет смещаться активный выход (по круговой снете ме 0—/—2—3—0 ...) относительно своего состояния в предше­ ствующей посылке.

Для обеспечения четырехфазной манипуляции в устройстве имеется формирователь чегырехфазного напряжения, состоящий из опорного генератора 22, работающего на частоте 4/, формирова­ теля опорного напряжения 23 и двух триггеров 24 и 25, — соеди­ ненных по схеме кольцевого счетчика с перекрестными связями [88]. Можно показать, что в устройстве такого типа формируются четыре ветви напряжения с частотой / и взаимным фазовым сдви­ гом я/2. При этом направление взаимного фазового сдвига между напряжениями отдельных ветвей остается неизменным, независи­ мо от начального состояния триггеров при включении.

Сигналы с выходов формирователя четырехфазного напряже­ ния 22, .... 25 и выходов кодирующей матрицы 3 поступают на электронный коммутатор 26, .... 30, пропускающий на вход фильтра

102

4

Г Л А В А

Тракт приема сигналов телеграфной манипуляции

4 . 1 . С Т Р У К Т У Р А Т Р А К Т А ПРИЕМА СИГНАЛОВ ЧАСТОТНОЙ

М А Н И П У Л Я Ц И И

ft

Л ппаратурные решения системы приема сигналов частотноп ма­ нипуляции для линий магистральной радиотелеграфной связи бы­ ли разработаны в начале шестидесятых годов [5, 6, 8] и практически остаются неизменными до настоящего времени. Основой для этих решений служит применение дешифраторов, использующих линей­ ные элементы частотной селекции (канальные фильтры или линей­ ные дискриминаторы) и интегрирование по постоянному току вы­ ходных сигналов дешифратора (при синхронной оконечной аппара­ туре).

Следующим шагом в рассматриваемой области можно считать разработку приемных систем, основанных на применении кинема­ тических фильтров [22, 85]; однако эти системы получили ограни­ ченное распространение ввиду их аппаратурной сложности и воз­ можности использования только в синхронном режиме на фикси­ рованных скоростях манипуляции.

Между тем, коренные изменения в области технических средств счетно-вычислительной техники подготовили базу для принципи­ ально нового подхода к решению задачи приема сигналов частот­ ного телеграфирования.

Как будет показано ниже, путь решения этой классической за­ дачи радиотелеграфной связи методами вычислительной техники приводит не только к технологическим преимуществам, но и позво­ ляет получить некоторые новые качества устройств, в принципе не­ достижимые при существующих (аналоговых) методах построения приемного тракта.

Упрощенная структурная схема тракта приема сигналов радио­ телеграфной связи с частотной манипуляцией приведена на рис. 4.1.

Весь тракт может быть разделен на линейную часть, включаю­ щую в себя антенну и собственно приемник и оканчивающуюся ли­ нейным выходом (по нч или пч), и нелинейную часть, включаю-

103

щую в себя все последующие узлы, участвующие в обработке сиг­ нала до выхода его в трансляционную линию.

В типовых приемниках магистральной связи, предназначенных для приема как асинхронных, так и синхронных сигналов, нели­ нейная часть, кроме дешифратора, асинхронного анализатора (под этим термином для существующих систем подразумевается соедн-

Анализа­

тор

синхр.

Рис. 4.1. Структурная схема тракта приема сигналов частотной манипуляции

нение фильтра манипуляции и ограничителя выходного сигнала)

которые обычно объединяются в один прибор — регенератор. Существующие решения всех узлов как линейной, так и нели­

нейной частей приемного тракта хорошо 'известны [10, и др.], поэто­ му рассматривать их здесь нет надобности. Задача настоящей ра­ боты сводится к рассмотрению возможных решений нелинейной частя тракта на основе применения дискретных логических цепей и методов численного анализа 'и выяснению специфических осо­ бенностей таких решений в сравнении с существующими.

Для удобства изложения узлы приемного тракта, выполненные на основе дискретных логических цепей, будут в дальнейшем име­ новаться «цифровыми», а весь тракт в целом «цифровым частот­ ным телеграфом» ( Ц Ч Т ) .

4.2. ЦИФРОВОЙ ДЕШИФРАТОР Ч М СИГНАЛОВ

Вопросы, связанные с построением цифрового дешифратора ЧМ сигналов, будем рассматривать на конкретном примере прием­ ного тракта с номинальными частотами по выходу линейной ча­ сти приемника Fa—7 кГц при позитивном сигнале и FH = 4 кГц при негативном сигнале, предназначенного для приема сигналов на ли­ нии ИР.

Структура цифрового дешифратора дана на рис. 4.2. Основны­ ми схемными узлами дешифратора являются ограничитель вход­ ного сигнала, нелинейные цифровые фильтры негатива и позити­ ва и узлы весовых функций негатива и позитива соответственно; опорный генератор и делитель частоты.

104

Согласно схеме рис. 4.2 сигналы с нч выхода приемника по­ ступают и а ограничитель, к выходу которого подключены цифро вые фильтры .негатива и позитива. Таким образом, данному кон­

•ровых фильтров и отсутствие, их на выходе другого фильтра. Од­ нако ввиду различия средних частот фильтров временной вес им­ пульсов на выходах фильтров также различен. Импульс на выходе фильтра негатива отражает результат анализа за время xn=\/FH,

а 'импульс на выходе фильтра позитива соответственно за время

тп=1/.Fit-

стотного телеграфирования, необходимо численно уравнять резуль­ тат действия сигнала на дешифратор за единицу времени как при негативе, так и при позитиве (в общем случае по всем позициям системы).

Эта задача может быть решена путем умножения числа, опре­ деляющего результат действия сигнала на данный фильтр (т. е. каждого выходного импульса данного фильтра), на нормирующий

В схеме рис. 4.2 указанная операция по умножению выходных сигналов фильтров на нормирующие коэффициенты осуществляет­ ся узлами весовых функций, после которых сигналы поступают на выход дешифратора и далее на анализирующие устройства. Опор­ ный генератор и делитель частоты в схеме рис. 4.2 вырабатывают вспомогательные сигналы, необходимые для работы основных уз- -лов (цифровых фильтров и узлов весовых функций).

105

Принципы построения нелинейных цифровых фильтров и дели­ телей частоты подробно изложены в гл. 2, поэтому приведем здесь (рис. 4.3) только расчетные данные и частотные характеристики фильтров рассматриваемого дешифратора.

Схемное решение узлов весовых функций поясняется на при­ мере выполнения такого узла для вегвн негатива. Принципиаль­ ная схема узла, выполненного на мпкромодулях типа ПММ, при-

Момент прихода командного сигнала по отношению к фазе им­ пульсов опорного напряжения является случайным.

Сигнал опорного напряжения поступает на счетный вход триг­ гера / (рис. 4.4). Триггеры 1, . . ., 4 составляют простой бинарный

106

делитель частоты, работающий непрерывно. Триггер 5 является управляющим.

При поступлении командного сигнала на вход 2 все тригге­ ры, связанные общей цепью сброса Rt, С{, Ди . . ., Дъ, устанавли­ ваются в позицию «О», что соответствует положительному потен­ циалу на контактах триггеров 16 и отрицательному на контак-

Рис. 4.5. Временные диаграммы напряжений узла весовой функции рис. 4.4

тах 8. Эта .позиция в триггере 5 фиксируется, а позиции тригге­ ров 1, 4 будут изменяться в соответствии с поступающими на зход делителя сигналами опорного напряжения. Последователь­

соответственно поступления сигналов на выход узла будет продол­ жаться до тех пор, пока на контакт 4 триггера 5 не поступит сиг­

входов ячейки И и схема формирующего усилителя выбраны таким образом, чтобы сигнал отбоя по времени соответствовал окончанию седьмого после поступления командного сигнала отрицательного

107

импульса на выходе 16 триггера 1. Из временных диаграмм (рис. -1.5) видно, что за этот цикл ,иа выходе узла также выделятся семь импульсов.

При поступлении следующего командного сигнала весь цикл начнется заново. Таким образом, число командных импульсов (сиг­ налов с выхода цифрового фильтра) умножается на 7.

Узел весовой функции позитива отличается от рассмотренного

где /о п — частота опорного напряжения, поступающего по входу /.

Врассмотренном устройстве было принято /0 Т 1 = 122,4 кГц.'

4.3.ЦИФРОВОЙ АСИНХРОННЫЙ

АН А Л И З А Т О Р

Существующая структура асинхронного анализатора (будем называть его условно «аналоговым»), выполняющего в приемном1 устройстве функции защиты от кратковременных помех, представ­ ляет собой последовательное соединение линейного фильтра ниж­ них частот (фильтра манипуляции) и ограничителя выходного сиг­ нала.

Выбор параметров этого узла производится на основе компро­ мисса между степенью защиты от помех и величиной переменных преобладаний, вносимых фильтром при изменении плотности ма­ нипулирующего сигнала.

же 1(или лучших) соотношений между степенью защиты от кратко­ временных помех и вносимыми преобладаниями, какие имеют ме­ сто для существующих схем.

Переходя к вопросам выполнения цифрового асинхронного ана­ лизатора., рассмотрим вначале принципы решения этой задачи.

108

Пусть для определенности схема, представленная на рис. 4.6а, содержит импульсный реверсивный счетчик на 16 позиций и четы­ ре логических элемента И и ИЛИ . Возможные состояния счетчика (номера позиций) представлены на круговой диаграмме рис. 4.66.

Рис. 4.6. Структурная схема и круговая диаграмма состоянии цифрового асин­ хронного анализатора

Счетчик имеет два входа. При поступлении импульса на вход « + » счетчик меняет свое состояние с возрастанием номера позиции на единицу (на -круговой диаграмме — переход на одну единицу по часовой стрелке). Этот процесс происходит до тех пор, пока счетчик не встанет в позицию 16. Дальнейшее поступление импуль­ сов на вход «-[-» не меняет состояния счетчика. При поступлении импульса на вход « — » счетчик меняет свое состояние с убыванием номера позиции на одну единицу (на круговой диаграмме — пере­ ход на одну единицу против часовой стрелки) с соответствующей фиксацией в позиции /.

Далее обусловим, что если счетчик находится в одной из позиций /—8, то на выходе « — » существует заданный потенциал, обозначающий сигнал негатива, если счетчик находится в одной из позиций .9—16, такой же потенциал, обозначающий сигнал по­ зитива, появляется на выходе « + ».

Теперь рассмотрим работу устройства, считая пока, что в схе­ ме отсутствуют логические элементы И и ИЛИ, а провода с выхо­ да дешифратора подключены непосредственно к соответствующим входам счетчика и что прием одной элементарной посылки (без помех) отображается 40 импульсами на соответствующем прово­ де дешифратора. Тогда очевидно, что независимо от состояния, в котором устройство находилось до начала 'приема данной посыл­ ки, оно обязательно будет установлено в позицию, соответствую­ щую принимаемой посылке (негатив пли позитив), и на соответ­ ствующем его выходе появится обусловленный потенциал.

Для перевода счетчика в область другой позиции по выходу необходимо подать импульсы на другой его вход. При этом изме­ нение ориентировки счетчика произойдет только после того, как

109