книги из ГПНТБ / Шляпоберский В.И. Основы техники передачи дискретных сообщений
.pdfпоследующим их перемножением. Данный метод позволяет осуще ствить любой вид модуляции при любом соотношении несущей и мо
дулирующей частот |
и при |
почти полностью дискретной |
обработке |
||
сигнала. Выбором |
формы |
огибающей |
элементарного сигнала |
мож |
|
|
но |
получить |
желаемые ширину |
и |
форму |
|
спектра передаваемого сигнала (в физичес |
||||
|
ки |
реализуемых пределах). |
|
|
На рис. 4.48 приведена форма элемен тарного сигнала, аппроксимирующего функ цию вида sin xjx на протяжении 6 такто вых интервалов (усеченный импульс Котелышкова), а на рис. 4.49 — спектр тако го сигнала в сравнении с идеальным им пульсом.
Рис. 4.48. |
Форма эле- |
На Р1 | С - 4-50 |
приведена |
форма элемеп- |
ментарного |
сигнала, |
тарного сигнала |
(рис. 4.48) |
с заполнением |
аппроксимирующего ' несущей частотой при соотношении несу-
функцшо вида sin х/х |
Щ«» |
частоты |
к |
модулирующей, |
равном |
||||||
|
|
|
1/4. |
Для упрощения |
рисунка |
частота |
за |
||||
|
|
|
полняющего |
|
колебания выбрана |
кратной |
|||||
скорости |
модуляции, |
что в |
общем |
случае |
совсем не |
обязательно. |
|||||
При |
реализации |
рассматриваемого |
метода |
сигнал |
формируется |
||||||
п одной |
полярности |
с |
последующей |
трансформацией |
пуля |
на |
опе |
рационном усилителе. Это значительно упрощает построение дис кретного формирователя.
1 У
27 Т%
Рис. 4.49. Спектры усеченных импульсов Котельникова для идеального импульса и при его аппроксимации ступенчатой функцией
Для получения суммарного сигнала передатчика число форми рователей в общем случае должно соответствовать числу тактовых интервалов, на которых производится формирование элементарного импульса. Выходные сигналы формирователей, складываясь, обра-
240
зугот суммарный сигнал, спектр которого имеет необходимую вели чину и форму, близкую к прямоугольной.
На рис. 4.51 приведена структурная схема передатчика, с по мощью которой реализуется метод ступенчатой аппроксимации для случая ФМ. Элементарные сигналы аппроксимируются на протяже
нии |
6 тактовых |
интервалов. Фильтр нижних |
частот предназначен |
для |
устранения |
гармоник, возникающих за счет |
прямоугольной фор- |
Относи
тельная v- амплитуда
V
V fft- 0,9\ Of- v- щ-
Щщ т ж щ
%
0\
Рис. 4.50. Форма элементарного сигнала с заполнением несу щей
|
1 |
|
|
|
|
Распред. |
2 |
|
|
Рормир. |
|
з |
, |
Фазобые |
I |
||
ишрорм\ |
4 |
, |
модуляторы |
отдающей |
|
S |
„ |
|
|||
|
6 |
|
|
|
|
Рис. 4.51. Схема передатчика сигналов методом ступенчатой аппроксимации
мы несущей частоты и ступенчатой аппроксимации. Требования к такому фильтру менее жесткие, чем при фильтровом формировании спектра сигнала. Следует иметь в виду, что в реальной схеме пере датчика используется только один формирователь огибающей, пе реключаемый специальной логической схемой, что позволяет значи тельно сократить объем передатчика.
241
Г Л А В А П Я Т А Я
Фазирующие устройства
§ 5.1. Н А З Н А Ч Е Н И Е И К Л А С С И Ф И К А Ц И Я Ф А З И Р У Ю Щ И Х УСТРОЙСТВ
Сигналы, с помощью которых дискретные сообще ния передаются по каналам связи, представляют собой последовательности элементов определенной длины. Пе редаваемые сообщения на приемном конце восстанав ливаются путем обработки каждого принимаемого эле мента решающей схемой. В результате обработки появ ляется решение, указывающее, какой из элементов сиг нала был передан. Наибольшая помехоустойчивость, а следовательно, наименьшая вероятность ошибки дости гается в том случае, если опрос состояния решающей схемы производится в моменты времени, когда переход ные процессы на выходе детектора практически закон чились и отношение мощности сигнала к мощности по мехи на выходе детектора максимально.
Таким образом, приемник дискретных сигналов дол жен содержать устройство для формирования коротких импульсов опроса, временное положение которых долж но обеспечивать наибольшую помехоустойчивость прие ма. Расстояния между импульсами определяют интер валы обработки элементов сигнала.
Обработка кодовой последовательности элементов может производиться двумя способами: «в целом», как единого сложного сигнала, или «поэлементно» {91]. В первом случае решающая схема определяет значение принимаемого символа путем опознавания сигнала, ох ватывающего все элементы кодовой комбинации. Во вто ром случае сначала принимается решение о каждом элементе комбинации в отдельности, а затем кодовая последовательность элементов декодируется в информа242
ционные символы. Следовательно, для реализации обоих способов необходимо располагать двумя последователь ностями импульсов: одной, в которой импульсы смеще ны друг относительно друга на длительность единичного
элемента (т0 у ) и имеют |
определенное фазовое |
располо |
|
жение по 'Отношению к |
принимаемым элементам, |
другой, |
|
в которой импульсы отстоят друг от друга на |
расстоя |
||
ние длительности /?то, где п — число элементов в |
каждой, |
||
комбинации |
(длина цикла), и совпадают с началом (кон |
||
цом) каждой |
принимаемой комбинации. |
|
Так как частота импульсов первой последовательно сти равна скорости модуляции, то эти импульсы или формируются с помощью местного генератора, или вы деляются из принимаемого сигнала. Наибольшая поме хоустойчивость приема обеспечивается определенным расположением импульсов опроса по отношению к при
нимаемым единичным элементам, называемым |
синфаз |
ным. Взаимное расположение импульсов опроса, |
форми |
руемых на приеме непрерывно работающим местным ге нератором, и элементов должно поддерживаться с точ ностью до нескольких процентов от длительности еди ничного элемента IB течение весьма длительной, часто круглосуточной, работы системы. Однако современные высокостабильные генераторы не могут обеспечить та кую точность синхронизации при длительной совместной работе распределителей. Поясним сказанное на кон кретном примере.
Как известно, коэффициент нестабильности генера тора к определяется отношением
l / - / i | ' = |
А/ |
(5.1) |
|
f |
f |
||
|
где f — номинальное значение частоты абсолютно ста бильного генератора; Af—абсолютное отклонение ча стоты генератора ft от номинальной f при учете всех дестабилизирующих факторов.
Время, в течение которого колебания данного гене ратора сместятся по фазе на один период по отношению к колебаниям абсолютно стабильного генератора, равно:
(5.2)
243
Подставляя |
значение Af из (5.1), получим |
|
|
|
Kf |
Если |
то — |
длительность единичного элемента, а |
T=l/f — |
период колебания частоты абсолютно стабиль |
ного генератора, то частота генератора сместится по фа
зе на один единичный элемент за |
время |
|
'1 = ^ - ' . = - |
^ . |
(5.3) |
Тк В
Если учесть, что частоты генераторов в самом небла гоприятном случае отклоняются от номинальной в про тивоположные стороны, то частоты обоих генераторов разойдутся по фазе на один единичный элемент в тече ние времени
/„ = _ ! _ . |
(5.4) |
Обозначим через Б некоторую часть единичного эле мента, в пределах которой можно допустить расхожде ние по фазе. Тогда время смещения по фазе на данную величину может быть вычислено по формуле
(5.5)
*Е 2кВ
Пользуясь ф-лой (5.5), можно определить время, в течение которого частоты работающих совместно гене раторов разойдутся по фазе на заданную величину е при различных скоростях модуляции В и относительной нестабильности генераторов к. Из приведенных в табл. 5.1
|
|
Т А Б Л И Ц А |
5.1 |
|
|
|
Величина |
сме |
, с, при скоростях модуляции, |
бод |
|
|
|
щения |
50 • |
100 |
200 |
600 |
1200 |
2400 |
|
||||||
с. % от Ха |
|
|
|
|
|
|
5 |
50 |
25 |
12,5 |
4,17 |
2,08 |
1,04 |
10 |
100 |
50 |
25 |
8,33 |
4,17 |
2,08 |
40 |
400 |
200 |
100 |
33,3 |
16,66 |
8,33 |
данных видно, что при повышении скорости модуляции уменьшается время, в течение которого частоты гене раторов расходятся по фазе на одинаковую величину.
244
Если 'принять, что максимально допустимое расхожде ние по фазе, при котором еще обеспечивается устойчи вая работа АПДС без искажений в канале, составляет 40% от длительности единичного элемента, то для ап паратуры, работающей со скоростью 50 бод, время ус тойчивой работы при к = Ю - 5 составит 6 мин 40 с, а для аппаратуры, работающей со скоростью 2400 бод, — 8,33 с.
Время устойчивой работы увеличивается при исполь зовании более стабильных генераторов. Так, при /с=10 _ 6 это время для систем, работающих со скоростями 50 и
2400 бод соответственно, будет |
равно |
1 ч 6 мин 40 с и |
||||||||||||||
1 мин 23 с. Отсюда следует, |
что 'при использовании |
вы |
||||||||||||||
сокостабильных |
генераторов |
( к = 1 0 _ 6 |
) |
устойчивая |
рабо |
|||||||||||
та среднескоростной |
АПДС |
нарушится |
'примерно |
|
через |
|||||||||||
1 мин, а аппаратура с малой |
скоростью (В = 50 бод) — |
|||||||||||||||
через |
1 ч 6 мин. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Чтобы обеспечить требуемую точность синфазности |
||||||||||||||||
при длительной работе, аппаратура ПДС должна |
содер |
|||||||||||||||
жать |
устройство для под |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
держания |
определенного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
соотношения |
фаз |
между |
а) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
опрашивающими |
|
и |
при |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||||||||
нимаю iци ми |
импульсами. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Мз CP |
|
t |
||||||||||
Таким |
|
устройством |
явля |
|
|
|
|
|
||||||||
ется устройство |
синхрони |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
зации, служащее для фор |
5) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
мирования |
|
опрашиваю |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
щих импульсов и поддер |
|
|
|
|
|
|
|
t |
||||||||
жания |
их фазового |
рас |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
положения. |
|
Качество ра |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
боты |
такого |
устройства |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
определяет |
такой важный |
|
|
|
rmmi" |
|
|
|||||||||
показатель |
систем |
связи, |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
i1 1 1 , 1 1 |
|
|
||||||||||
как достоверность |
прини |
|
|
|
i |
|
t |
|||||||||
маемой информации. Раз |
|
|
|
I ' I I J J |
|
|||||||||||
|
|
|
L'li'iltiL |
|
|
|||||||||||
личают |
устройства |
син |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
хронизации |
(УС) |
|
и |
уст |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ройства |
фазирования по |
Рис. |
5.1. |
Значащие |
моменты: |
|||||||||||
циклам |
(УЦФ). |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
а) |
передаваемого |
сигнала, |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В |
общем |
случае |
в ме |
б) |
"принимаемого |
сигнала |
со |
|||||||||
сте приема |
|
с |
помощью |
средним запаздыванием; в) |
воз |
|||||||||||
|
можные |
смещения |
значащих |
|||||||||||||
устройства |
синхронизации |
|||||||||||||||
моментов |
сигнала |
под |
дейст |
|||||||||||||
определяются |
значащие |
вием помех |
|
|
|
|
|
|
|
|
моменты, необходимые |
||||||||
|
|
|
для |
|
правильного |
опо |
|||||
|
|
|
знавания |
|
элементов |
||||||
|
|
|
сигнала. Чем выше точ |
||||||||
|
|
|
ность определения |
зна |
|||||||
|
|
|
чащих |
моментов, |
тем |
||||||
|
|
|
выше |
|
|
достоверность |
|||||
|
|
|
опознавания. |
Слож |
|||||||
|
|
|
ность |
определения |
вре- |
||||||
би± |
|
|
менных |
|
значащих |
мо- |
|||||
|
|
ментов |
|
обусловливает- |
|||||||
Диг /"у^л. ~ 7\ |
>^-ч_ |
ся |
|
искажениями, кото |
|||||||
|
|
|
рым |
подвергаются |
сиг- |
||||||
|
|
|
палы, |
проходя |
по |
дис |
|||||
|
|
|
кретному каналу связи. |
||||||||
|
|
|
В |
результате значащие |
|||||||
|
|
|
моменты |
|
непрерывно |
||||||
|
|
|
смещаются |
во времени |
|||||||
|
|
|
относительно |
средней |
|||||||
|
|
|
величины |
|
запаздыва |
||||||
|
|
|
ния (рис. 5.1). Смеще |
||||||||
|
|
|
ния |
значащих |
момен |
||||||
|
|
|
тов |
|
относительно |
иде |
|||||
|
|
|
альных |
|
|
называются |
|||||
|
|
|
краевыми |
|
искажения |
||||||
|
|
|
ми. |
Эти искажения |
воз |
||||||
|
|
|
никают |
|
в |
результате |
|||||
|
|
|
действия |
помех в кана |
|||||||
|
|
|
ле связи, |
характеристи |
|||||||
|
|
|
ческих |
|
(межсимволь |
||||||
|
|
|
ных) |
искажений, обус |
|||||||
|
|
|
ловленных |
переходны |
|||||||
|
|
|
ми |
процессами |
в аппа |
||||||
|
|
|
ратуре |
уплотнения, и |
|||||||
|
|
|
других |
причин |
(25, |
35]. |
|||||
|
|
|
|
Рассмотрим |
физику |
||||||
|
|
|
возникновения |
смеще |
|||||||
|
|
|
ния |
|
значащих |
момен |
|||||
Рис. 5.2. Смещение значащих мо |
тов |
|
вследствие |
дейст |
|||||||
ментов |
сигнала |
|
вия |
|
помех |
в |
канале |
||||
|
|
|
связи. |
Пусть сигнал на |
|||||||
выходе |
демодулятора |
при отсутствии |
|
помех |
имеет |
вид, |
|||||
показанный на рис. 5.2а. При таком сигнале |
значащие |
||||||||||
моменты будут восстанавливаться |
в |
|
момент t = 0 |
(рис. |
246
5.26). Теперь предположим, что в канале связи действу ют помехи (рис. 5.2б), которые складываются с полезным сигналом (рис. 5.2г). Тогда суммарное напряжение вызо вет смещение значащих моментов на в сторону опере жения и At2 в сторону отставания (рис. 5.2д). Так как действие помех носит случайный характер, то величина 8=;(At\+&i<2.) характеризующая краевые искажения, также является случайной величиной.
Помехи с малой амплитудой встречаются намного чаще, чем помехи с большой амплитудой, поэтому ма лые смещения значащих моментов происходят намного
чаще, чем большие, в силу чего плотность |
распределе |
|||
ния f (б) случайной величины >б подчиняется |
нормально |
|||
му закону распределения |
(рис. 5.2е), |
т . е . |
|
|
Ф(6) = |
— U |
e 2а"" |
, |
(5.6) |
|
]' 2 я |
а |
|
|
где а — среднее квадратичное |
отклонение. |
|
||
Передаваемые элементы сигнала |
могут |
подвергаться |
||
и регулярным воздействиям — преобладаниям, при ко |
торых один значащий момент (переход с плюса на ми нус илТГнаоборот)", всегда смещен на некоторую вели чину а. Плотность распределения смещений значащих моментов при воздействии случайных и регулярных по мех описывается выражением (рис. Ъ.2ж)
У 2 я а
или
|
( б + я ) |
|
|
2а= |
|
ф ^ - у к г " |
• |
( 5 - 8 ) |
Экспериментально установлено, |
что для |
большинства |
каналов связи распределение краевых искажений под чиняется нормальному закону или близко к нормально му (25, 35, 41].
Таким образом, устройство синхронизации представ ляет собой автоматическое устройство, осуществляющее измерение временного положения значащих моментов сигнала, формирующее последовательность опросных (регистрирующих) импульсов, фаза которых устанавли вается и поддерживается с учетом наиболее вероятного
247
положения значащих моментов. Такие устройства иногда называются устройствами тактовой синхронизации, а формируемые ими регистрирующие импульсы—тактовы ми или синхроимпульсами.
По способу фазирования УС делятся на стартсгопные1 ) и синхронные. Наименьшая вероятность ошибок обеспечивается при синхронном способе фазирования. Это обусловливается тем, что синхронные УС распола гают большими априорными сведениями о сигнале, чем стартстопные, что позволяет сравнительно просто, на приеме, определить значащие моменты сигнала. К таким
сведениям относятся |
скорость модуляции |
и |
факт |
их |
||
непрерывной передачи. .Поэтому, |
в общем |
случае, |
УС |
|||
синхронной системы состоит из двух узлов: |
анализатора |
|||||
сигнала |
(АС) и формирователя |
тактовых |
импульсов |
|||
(ФТИ). |
Анализатор |
сигнала предназначен для |
извлече |
ния из сигнала информации о положении значащих мо ментов. Эта информация, выдаваемая в виде, например, коротких импульсов, должна быть проанализирована с целью сведения до минимума влияния искажений при
нимаемых элементов |
и определения |
|
наиболее |
вероятно |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
го |
|
положения |
знача |
||||
|
|
|
|
|
|
щих |
моментов. |
|
|
||||
|
АС |
|
|
|
V/ |
|
Формирователь так- |
||||||
|
|
|
|
"~ |
товых |
импульсов |
под |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
т |
' |
|
I |
|
действием |
сигнала |
с |
|||||
|
I |
|
|
1 |
|
4 £ |
|
у с х а и а в л н в а е т |
и |
||||
п |
с о |
|
узлы |
и |
' |
непрерывно |
поддержи- |
||||||
Puc. |
5.3. Основные |
фазирующе- |
|
1 |
v |
|
|
|
1 |
, |
|||
го устройства |
|
|
|
|
в а е |
т |
|
оптимальное |
фа |
||||
|
|
|
|
|
|
зовое |
' |
расположение |
|||||
|
|
|
|
|
|
77/ .(рис. |
5.3). |
|
|
||||
|
Устройства |
синхронизации |
можно |
классифицировать |
|||||||||
по следующим |
признакам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
По виду |
используемого |
входного |
сигнала |
УС |
делятся |
на управляемые специальными сигналами и информа ционными рабочими сигналами. Наибольшее распрост ранение получили последние. Это обусловлено тем, что передача специальных сигналов сопряжена либо с до полнительными затратами мощности, либо с выделением отдельной полосы частот, либо с уменьшением скорости передачи. Все эти затраты не окупаются простотой из мерения каждого значащего момента при приеме спе-
') Особенности стартстопного способа фазирования подробно из ложены в [25, 1105] и в настоящей работе не рассматриваются,
248
циальных сигналов. Кроме того, специальные сигналы подвергаются в канале связи искажениям, отличным от искажений информационных сигналов, что усложняет определение их взаимного положения. В силу этого УС, управляемые специальными сигналами, применяются только в некоторых многоканальных системах.
По |
способу |
формирования |
тактовых импульсов |
раз |
личают |
УС без |
обратной |
связи (разомкнутые) |
и _с об |
ратной связью (замкнутые). В разомкнутых УС такто
вые |
импульсы формируются |
непосредственно |
из сигна |
ла, |
поступающего с выхода |
АС, посредством |
высокоиз |
бирательных резонансных устройств. Такие УС |
получили |
название резонансных. В замкнутых УС тактовые им пульсы формируются задающим генератором и анализа-' тор сигнала измеряет не положение значащих моментов, а отклонение их от положения тактовых импульсов. Та кие АС часто называют фазовыми дискриминаторами ФД. Результат измерения используется для коррекции фазы тактовых импульсов.
Замкнутые УС используются в большинстве среднескоростной АПДС. Различают замкнутые УС с непо средственным воздействием на частоту генератора (рис. 5.4а) и без непосредственного воздействия на частоту
а) |
• ти |
S.x. сигнал Щ |
ЗГ |
"у
УУ
/7/7
Рис. |
5.4. |
Структурные |
|
схемы |
УС с |
воздействи |
|
ем (а) |
и без |
воздействия |
|
(б) |
« а |
частоту генера |
|
тора |
|
|
|
генератора (рис. 5.46). В первом случае корректирова ние фазы тактовых импульсов достигается изменением параметров схемы генератора и УС, а во втором — воз действием на промежуточный преобразователь.
249