книги из ГПНТБ / Гойхман Э.Ш. Основы теории передачи информации в автоматизированных системах управления

(рис. 4.39. в). Суммарное напряжение us(t) оказывается манипу­ лированным по амплитуде:

us,(t)—U'mM(t)cosuit,

где M(t) — модулирующая функция (рис. 4.39,а).

Спектр такого сигнала был найден ранее (4.53)- Для того, чтобы перейти от него к интересующему спектру манипулированного по фазе колебания, необходимо исключить ранее введенную состав­ ляющую колебаний несущей частоты <в

Um cosi»t.

Поэтому спектр фазово-манипулированного сигнала практически отличается от спектра сигнала при амплитудной манипуляции лишь тем, что у него частично либо полностью подавлена несу­ щая. Степень этого подавления зависит от характера модулирую­ щей функции M(t). Полностью отсутствует составляющая несущей частоты в спектре рассмотренного выше (рис. 4.39,6) манипулиро­ ванного по фазе сигнала, представляющего последовательность че­ редующихся посылок «1» и «О». Ослабление уровня несущей в спектре сигнала следует рассматривать как достоинство метода фазовой манипуляции, поскольку основная доля энергии сигнала оказывается сосредоточенной в боковых частотах (полосах), яв­ ляющихся носителями информации. Тем самым более эффективно

. используется мощность передатчика.

В современных системах передачи двоичных сигналов методом фазовой манипуляции [14] удается ограничиться полосой пропуска­ ния канала, обеспечивающей пропускание первых гармоник наи­ высшей частоты манипуляции Fт■В этих условиях

Ещебольшее сокращение, полосы может быть достигнуто путем применения однополосной передачи фазово-манипулированных сигналов.

4.8.2. Помехоустойчивость при приеме двоичных фазово-манипулированных сигналов

При фазовой манипуляции информация заключена в фазе сиг­ нала. В приемном устройстве фаза принятых колебании сравни­ вается в синхронном детекторе с фазой синхронного пеманипулированного (опорного) напряжения синфазного (либо противофаз­ ного) с принимаемым сигналом.

В связи с этим важнейшим элементом блок-схемы ФМ сигна­ лов (рис. 4.40) является синхронный детектор, состоящий ti3 мест­ ного генератора опорного напряжения и фа'зового детектора, сравнивающего фазу колебаний принимаемой посылки и опорного напряжения.

Таким образом, метод Сизовой манипуляции по своему принци­ пу предусматривает необходимость когерентного приема. В зави­

170

симости от фазы принимаемого сигнала на выходе синхронного детектора возникают напряжения соответствующих полярностей-

_!

Рис. 4.40

Найдем выражение для вероятности ошибки в случае равно­ вероятности посылок «1» и «0». '

На сигнальный вход фазового детектора воздействуют:

хЗ

1 „ 2

W(x)

/ 2л®п

Поскольку действующее в фазовом детекторе опорное напря­ жение синфазно с сигналом, квадратурная составляющая напря­ жения помех эффекта на выходе детектора не создает; этим и обусловливается повышенная помехоустойчивость при когерент­ ном приеме. Учитывать следует только воздействие составляющей помехи X(t)coswt. Тогда задача разделения фазоманипулированных сигналов сводится к определению фазы суммарного колеба­

ния

^c,i-[± ^+ X (/)]C 0 S c0 /.

Ошибка возникает, если фаза Ucn окажется противоположной

Тогда вероятность того, что при фазе сигнала «+» выполняет­ ся неравенство \X(t)\>Um следует обозначить через р (0/1).

171

Соответственно р(1/0) — вероятность того, что это неравенство вы­

Если в схеме предусмотрено идеальное согласование канала с

образуется в полученное ранее (п. 4.4.2) на основании самых об­ щих рассуждений выражение (4.23,а) для потенциальной помехо­ устойчивости при приеме фазоманипулированных двоичных сиг­ налов.

Как видно из приведенных на рис. 4.42 кривых зависимости Р„ш от / для различных видов манипуляции, помехоустойчивость при ФМ значительно выше, чем при ЧМ и особенно AM.

Важным достоинством ФМ является сочетание высокой поме­ хоустойчивости со сравнительно узким спектром сигнала. Однако, как показано ниже, реализация системы ФМ сопряжена с некото­ рыми принципиальными трудностями.

П р и м е р 4.4. Определить, какой из двух видов манипуля­ ции— ЧМ или ФМ — можно применить, чтобы обеспечить вероят­ ность искажения посылки не хуже Рош —10~2 при следующих ус­

172

Рис. 4.42

Ре ше н и е . Для ЧМ вероятность ошибки

Тогда

и т Г 1 \2 Ы = \ № .

Максимальная же амплитуда напряжения, которую можно по­ лучить на выходе передатчика

£Дакс = ] /2 ^ / эф^г1 Д 1 в .

173

Следовательно, частотная манипуляция не обеспечивает выполне­ ния требуемых условий-

Д л я ФМ

Р о ш = ~ [\-Ф (У 2 1 )},

откуда

Ф (/2 /) = 1-0,02=0,98;

по таблице (приложение 2) находим

/ 2 / = 2,35; /=1,67;

1,67-|/2-0,4=0,95 в <1,41 в.

Такое значение Umc вполне приемлемо. Следовательно, в дан­ ных условиях целесообразно применение фазовой манипуляции.

4.8.3. Прием фазово-манипулированных сигналов

Основной Технической проблемой, возникающей при пр%ктической реализации метода фазовой манипуляции, является создание в месте приема синфазного с сигналом опорного напряжения. По­ скольку почти во всех реальных каналах связи фаза напряжения принимаемого сигнала флюктуирует, решение этой проблемы, пу­ тем создания высокостабильного автономного генератора опорного напряжения исключается в принципе.

'Влияние флюктуаций фазы сигнала на достоверность приема может быть значительно дслаблепо, если формировать опорное на­ пряжение из самого сигнала. Однако непосредственно формиро­ вать опорное напряжение из сигнала нельзя, так как фаза послед­ него меняется в процессе манипуляции.

Для того, чтобы скачки фазы сигнала не влияли на фазу опор­ ного напряжения, А. А. Пистолькорсом была предложена схема, предусматривающая удвоение и последующее деление частоты Ко­ лебаний напряжения сигнала. Блок-схема подобной системы при­ ведена на рис. 4.43,а; эпюры напряжений па рис. 4.43,6.

Сигналы на входе схемы имеют вид

«Cl(0 = ^ m cCOSC«/

и

«е0(0 = — U meCOSO)/= U m COS{u>t+K).

Соответствующие им напряжения удвоенной частоты на вы­ ходе .удвоителя оказываются неманипулированными:

u \ ( t ) = U ccos2mt-,

H*eo(9=£/,cos(2«/+2*)“ H*Cl(0.

В результате последующего деления частоты на два обра­ зуется неманипулированиое опорное напряжение частоты ш, син­ фазное (или противофазное) с сигналам.

174

Делитель частоты на два имеет два устойчивых состояния рав­ новесия, причем соответствующие им фазы выходных напряжении отличаются друг от друга на 180°.

Рис. 4.43

Под воздействием помех возможен скачкообразный переход де­ лителя в другое устойчивое положение, сопровождаемый измене­ нием фазы опорного*напряжения на 180°. Последнее вызывает из­ менение полярности посылок на выходе детектора (эпюра 4 на

175

рис. 4.43,6), вследствие чего посылки «1» регистрируются как «О» и наоборот.

Таким образом, искаженными оказываются не только посылки, совпадающие во времени с помехой: искажается вся дальнейшая последовательность принимаемых посылок, вплоть до того момен­ та, когда очередной случайный всплеск помехи не вернет делитель в исходное состояние и т. д.

Описанное явление, называемое обратной работой, является ос­ новным недостатком системы фазовой манипуляции. С целью уменьшения воздействия помех на режим делителя, напряжение на его вход подается через узкополосный фильтр, полоса которо­ го значительно уже, чем полоса тракта сигнала. Вероятность воз­ никновения обратной работы уменьшается по мере сужения поло­ сы пропускания фильтра. Однако полностью устранить явления обратной работы пи в этой, ни в других существующих схемах [15] не удается.

Вследствие этого метод фазовой манипуляции, несмотря на его существенные достоинства, к которым в первую очередь следует отнести высокую помехоустойчивость, практического использова­ ния в чистом виде не нашел. (

§ 4.9. Передача двоичных сигналов методом относительной фазовой манипуляции (ОФМ)

4.9.1. Принцип относительной фазовой манипуляции

Опасность возникновения обратной работы является принци­ пиальным недостатком фазовой манипуляции, обусловленным тем, что фаза опорного напряжения может быть определена в месте приема только с неоднозначностью в 180°.

От этого недостатка свободен предложенный Н. Т. Петровичем и Наносом метод относительной фазовой манипуляции (ОФМ), который отличается от ранее известных тем, что для выявления информации, заключенной в каждой данной посылке, эта посылка сопоставляется (сравнивается) с одной из предшествующих ей по­ сылок (обычно р предыдущей). Это достигается, например, сле­ дующим образом: при передаче посылки «0» фаза несущего коле­ бания передаваемой посылки остается та же, что у предыдущей посылки, а при передаче посылки «1» меняется на 180° (рис. 4.44).

Для определения информации, заключенной в первой посылке сообщения, перед ней должна быть послана в линию вспомога­ тельная посылка с произвольной фазой колебаний несущей частог ты. Как будет показано ниже, ОФМ по помехоустойчивости и ши­ рине спектра приближается к фазовой манипуляции. Будучи прак­ тически свободной от обратной работы, ОФМ вместе с тем до­ пускает сравнительно большие колебания фазы сигнала (порядка 25—30° за время одной посылки). При ОФМ, как и при частотной и фазовой манипуляции, возможно применение многократной (в первую очередь двукратной) передачи.

176

Благодаря перечисленным достоинствам ОФМ является одним из наиболее эффективных методов передачи двоичных сигналов.

4.9.2. Способы осуществления ОФМ

П е р е д а ю щ е е у с т р о й с т в о

Передающее устройство отличается от применяемого в случае фазовой манипуляции лишь наличием дополнительного кодирую­ щего устройства" (рис. 4.45,а), в качестве которого может быть, в частности, использован обычный триггер.

©

ЗсшйЩ

генерйт

Рис. 4.45а

В поступающих сообщениях посылки следуют через интервалы времени т0; посылкам «1» соответствуют короткие импульсы, по­ сылкам «О» — отсутствие импульса (рис. 4.45,6). При поступлении на вход кодирующего устройства импульса (информационная по­ сылка «1») полярность выходного напряжения меняется, что вы­ зывает изменение фазы напряжения на выходе фазового манипу­ лятора на 180°.

©

Рис. 4.456

С п о с о б ы п р и е м а и д е к о д и р о в а н и я

Имеется два способа приема и декодирования сигналов при ОФМ: способ сравнения фаз (ОФМ)) и способ сравнения поляр­

ностей (ОФМг).

Способ сравнения фаз. При этом способе (рис. 4.46) с помощью элемента памяти (искусственная длинная линия, блок с магнитной

"U* - £о

Рис. 4.46

Их фазы сравниваются в фазовом детекторе. Полярность на­ пряжения на выходе детектора определяется соотношением фаз сравниваемых посылок.

Недостатками ОФМ, являются сравнительная сложность изго­ товления элементов задержки на несущей частоте колебаний и несколько меньшая, чем при ОФМг, помехоустойчивость. От этих

178

недостатков свободны схемы, сочетающие ОФМ] с интегральным приемом. Они обладают высокой помехоустойчивостью и не тре­ буют специальных элементов памяти, так как в качестве послед­ них могут быть использованы узкополосные коммутируемые инте­ грирующие фильтры.

Способ сравнения полярностей. Этот способ предусматривает сравнение полярностей п-й и (п—1)-й детектированных посылок, отображающих соотношение фаз колебаний этих посылок. Если полярности совпадают, считается принятой посылка «О»; несовпа­ дению полярностей соответствует «1». Таким образом, декодиро­ вание принятых сигналов сводится к выявлению знакоперемен при переходе от одной посылки к соседней.

Разработано два. варианта способа сравнения полярностей.

В первом варианте (рис. 4.47) сформированная в фазовом де­ текторе фазочувствителыюй схемы Пистолькорса посылка по-

Рис. 4.47

стояпного тока поступает на каскад разноименности (неравнознач­ ности) как непосредственно, так и через элементы памяти. Здесь задержка и сравнение посылок осуществляется по постоянному току-

Задержка (^з—Тс) может быть осуществлена сравнительно просто с использованием спусковых схем либо ферритовых ячеек. Е каскаде разноименности осуществляется операция суммирова­ ния полярностей соседних посылок по модулю два, обозначаемая

индексом . Логика этого суммирования выглядит следую­

щим образом:

О @ 0=0;

179