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

маторов Тp i и Тр? (рис. 6 . Г,а). При этом в качестве одного из проводов искусственной цепи является линия связи; в этом случае ее следует рассматривать как эквивалентную однопроводную. Роль другого провода играет аналогичная линия либо земля.

Обычно по двухпроводной цепи ведется телефонная передача, а по искусственной — телеграфная.

Условием независимой передачи сигналов по обоим каналам является точная балансировка мостовой схемы (рис. 6.1,6). Для ее обеспечения необходимо равенство полных сопротивлений про­ водов линии. ^

Мостовой метод весьма прост в реализации и обеспечивает раз­ деление сигналов независимо от их частотного спектра. Однако возможности этого метода крайне невелики: с его помощью мож­ но получить лишь один дополнительный капал.

§ 6.2. Системы с временным разделением каналов

Временное разделение каналов используется преимущественно в радиорелейных линиях. Принцип работы системы радиосвязи с временным разделением каналов показан на рис. 6.2. При помощи коммутатора на первые входы модуляторов различных каналов поочередно подаются импульсы с генератораОдновременно с по­ дачей импульса на вход первого модулятора распределитель приемной части подключает к линии связи демодулятор того же

канала.

Генератор формирует последовательность импульсов с частотой следования tiFr, где Ft— частота следования импульсов в кана-

240

ле связи, а п — число каналов. Эту последовательность импульсов подают па распределитель импульсов.

Рис. 6.2

С выхода распределителя па входы модуляторов различных каналов поступают смещенные по отношению друг к другу во вре­

мени на интервал Тк= последовательности импульсов с час­

тотой следования, равной Ft (рис. 6.3).

Рис. G.3

В каждом модуляторе производится модуляция импульсов по закону передаваемого по данному .каналу сообщения. Теоретиче­ ская возможность осуществления такого вида разделения каналов при передаче непрерывных сообщений следует из теоремы Котель­ никова. При этом частота следования импульсов каждого канала должна быть равна F=2Fm, где Fm— максимальная частота спектра передаваемого сигнала.

При передаче телефонного сигнала с Fт =3,4 кгц частота под­ ключения канала к линии связи должна быть F —6,8 кгц. Обычно в телефонных каналах частоту коммутации берут равной 8 кгц. При такой частоте коммутации применяются электронные распре­ делители. В этом случае как на приемной, так и на передающей стороне коммутация осуществляется с помощью п управляющих напряжений частоты F t , стробирующих из немодулированной по­ следовательности импульсов (с частотой следования nFr) импуль­ сы отдельных каналов (рис. 6.3). Последние подвергаются модуля­ ции в соответствии с передаваемыми по каналам сообщениями, после чего все последовательности модулированных импульсов от­ дельных каналов суммируются и поступают в общую линию связи.

Из самого принципа действия многоканальных систем с вре­ менным разделением вытекают такие их особенности, как необхо­ димость применения импульсной модуляции и строгого обеспечения синхронности и синфазности работы коммутатора передающей и распределителя приемной аппаратуры. Изложение этих вопросов является основным содержанием последующих параграфов-

6.2.1. Импульсная модуляция

При импульсной модуляции переносчикдм сигналов является периодическая последовательность импульсов, которая характери­ зуется следующими параметрами:

—амплитудой А;

—длительностью импульса т;

— частотой следования импульсов у1-, где Тп— период следо­

вания;

— положением каждого импульса па оси времени по отноше­ нию к так называемым тактовым точкам.

Под тактовыми точками понимают чисто условные точки, рас­ положенные друг относительно друга на интервалах, равных пе­ риоду следования импульсов.

Аналитически немодулированпая последовательность видеоим­ пульсов может быть описана следующим образом:

СО

F ( t ) = £ № - t K\

л:—О

242

Для прямоугольных импульсов

где 4 —положение переднего фронта лг-того импульса (рис. 6.4).

Перейдем к рассмотрению представляющих наибольший прак­ тический интерес видов импульсной модуляции ЛИМ, ШИМ и ФИМ.

А м п л и т у д н о - и м п у л ь с н а я м о д у л я ц и я

При амплитудно-импульсной модуляции по закону передавае­ мого сообщения изменяется амплитуда импульсов A(t). Все остальные параметры остаются неизменными. На рис. 6.5 изобра­ жена ЛИМ при синусоидальном модулирующем напряжении. Раз­ личают амплитудно-импульсную модуляцию первого и второго ро­ да. При АИМ-1 модулируемое напряжение все время существова­ ния импульса следует за изменением модулирующей функции (рис. 6.5,а). При АИМ-2 модулиоуемое напряжение определяете? значением модулирующей функции в некоторый фиксированный мо­

АИМ-1 может быть осуществлена, например, с помошыо модуля­ тора на пентоде (рис 6.6). Если же па управляющую сетку моду­ лятора подать периодическую последовательность импульсов ма­ лой длительности, а затем эти импульсы расширить, то па выходе

243

где

ша—коэффициент амплитудной модуляции; - —угловая частота модуляции;

СО

V/(/ —tK)—функция, описывающая немодулированную поеде­ но

довательность видеоимпульсов, которые в данном случае яв­ ляются переносчиком сообщений. Так как в квадратной скобке нет величин, зависящих от „к “, то выражение (6.1) можно запи­ сать в следующем виде:

F (* )= [l+ /n esin(Q/+«p)] J

А — О

Для АИМ-2 аналитическое выражение сигнала при синусои­ дальном модулирующем напряжении будет

F(t)= £ [l+ /n asin ^ „ + < p )]/(/-^ ).

А - 0

Зависимость функции, стоящей в квадратной скобке, от к следует из определения АИМ-2.

Амплитудно-импульсная модуляция является наиболее Простым видом импульсной модуляции.

Для того, чтобы оценить АИМ с точки зрения помехоустойчи­ вости, кратко остановимся на возможных искажениях импульса в линии связи за счет действия флюктуационного шума.

Флюктуациоиные помехи в линии связи воздействуют па про­

(рис. 6.7). Паразитную модуляцию при АИМ вызывают интер­ вальные и срединные помехи. От интервальных помех можно из-

срединнь/е помехи ~

245

бавнться, например, применяя ограничение снизу либо путем син: хронного отпирания приемника па время действия импульса.

Избавиться от срединных помех в общем случае можно, при­ меняя ограничение сверху. Однако такое ограничение при АИМ неприменимо, так как приводит к искажению формы огибающей модулированной последовательности импульсов. Вследствие этого метод АИМ сильно подвержен воздействию помех и обладает сравнительно низкой помехоустойчивостью. АИМ часто применяет­ ся в качестве промежуточного вида модуляции.

III и р о т н о - и м и у л ь с и а я м о д у л я ц и я

При этом виде модуляции по закону передаваемой информа­ ции изменяется длительность импульсаИзменение длительности может осуществляться за счет перемещения одного из фронтов импульса, в результате чего получается односторонняя ШИМ, или за счет перемещения обоих фронтов, в этом случае имеет место двухсторонняя ШИМ. Как односторонняя, так и двухсторонняя ШИМ может быть первого (ШИМ-1) и второго (ШИМ-2) рода. В дальнейшем будем рассматривать только одностороннюю ШИМ.

При ШИМ-1 момент формирования переднего или заднего фронта импульса, а следовательно, и ширина импульса опреде­ ляется значением модулирующей функции в тот же момент време­ ни, т. е. t.—Kti(ti) (рис. 6.8), где тс — коэффициент пропорцио-

Рис. 6.8

246

нальности..ШИМ-1 можно получить следующим образом: если на управляющую сетку лампы (рис. 6.9,а) подать пилообразное на­ пряжение, а на катод модулирующее (в данном примере изменяю-

Рис. 6.9

щееся по синусоидальному закону), то при соответствующем ре­ жиме работы лампы на анодной нагрузке возникнет импульсное

247

напряжение, длительность импульсов которого изменяется по за­ кону модулирующей функции.

13ремя формирования переднего фронта выходного импульса определяется моментом открывания лампы, а оно наступит тогда, когда суммарное сеточное напряжение достигнет потенциала от­ крывания лампы Uo. Если модулирующее напряжение изменяется по закону и(1), а пилообразное напряжение по закону к/*, то

пы определяется значением модулирующей функции в тот же мо­ мент времени. Так как крутизна переднего фронта пилообразного напряжения много меньше крутизны заднего фронта, то момент закрывания лампы практически не будет зависеть от модулирую­ щего напряженияДлительность импульса определяется в этом случае только временем открывания лампы, а следовательно, оп­ ределяется значением модулирующей функции в момент формиро­ вания переднего фронта.

Двухстороннюю ШИМ-1 можно получить, если вместо пилооб­ разного напряжения на сетку лампы подать напряжение треуголь­ ной формы.

При ШИМ-2 ширина импульса определяется значением моду­ лирующей функции в тактовой точке.

ШИМ-2 можно получить при помощи схемы (рис. 6.10). Весьма короткие импульсы модулируются по амплитуде и по­

даются па сетку лампы Л). Конденсатор Са, включенный в анод­ ную цепь этой лампы, в исходном режиме заряжен до напряжения U'a. При подаче на управляющую сетку лампы импульсов кон­ денсатор Са разряжается до напряжения, величина которого оп­ ределяется амплитудой этих импульсов. При постоянных парамет­ рах цепи заряда конденсатора время заряда до напряжения -Ua зависит от того, до какого напряжения он был разряжен, т. с. за­ висит от амплитуды входного импульса. После двухстороннего ог­ раничения получается ШИМ-2. Различный характер модуляции при ШИМ-1 н ШИМ-2 показан на рис. 6.11При возрастании мо­ дулирующей функции f(t) ширина выходного импульса при ШИМ-1 больше, чем при ШИМ-2; при убываниинаоборот.

Найдем аналитическое выражение для положения переднего и заднего фронта импульса для ШИМ-1 при синусоидальном мо­ дулирующем напряжении. При синусоидальном модулирующем напряжении смещение фронта импульса для ШИМ-1 равно

A£=*msln(Q*K+<p),

где ^ —максимальная девиация переднего фронта (рис. 6.12). Положение переднего фронта импульса, согласно рис. 6.13, оп­ ределяется из выражения ^•+^fflsin(-^+9)=K 7’n-l-^o-

* Здесь t отсчитывается от ближайшей тактовой точки.

248

-U8x.

КЭ