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

Можно показать [3], что при ФИМ неискаженная демодуляция сигналов может быть достигнута в случае применения фазово-импульсной модуляции 2-го рода

Рис. 6.27

-и преобразования ФИМ-2 в АИМ-2 с последующим выделением полезной со­ ставляющей. При этом (как и в случае АИМ) должно выполняться дополни­

тельное условие ч>п> 2ймакс Одна из возможных схем преобразования ФИМ-2 в. АИМ-2 показана на

рис. 6.28. Генератор временных интервалов (ГВИ) под воздействием импульсов с синхронизатора формирует последовательность прямоугольных импульсов, сдвинутых по времени в сторону отставания относительно тактовых точек на определенную величину, превышающую максимальную девиацию рабочих им­ пульсов в процессе модуляции. Генератор пилообразного напряжения (ГПН) запускается рабочими импульсами, приходящими с линии связи, и запирается задними фронтами импульсов с ГВИ. В результате на выходе ГПН формирует­ ся последовательность импульсов пилообразной формы, длительность и ампли­ туда которых соответствует сдвигам рабочих импульсов при ФИМ. Режим ра­ боты выходного каскада подбирается так, чтобы он открывался только при на­ личии импульсов пилообразной формы и импульсов с ГВИ, а амплитуда выход­ ных импульсов определялась бы амплитудой импульсов пилообразной формы.

Таким образом, амплитуда выходного напряжения будет пропорциональна отклонению рабочих импульсов от импульсов с ГВИ, т. е. па выходе этой схе­ мы получается последовательность импульсов с АИМ-2 (рис. 6.29).

6.2.3. Сравнительная оценка различных видов импульсной модуляции

Сравнение произведем по следующим характеристикам:

1)простоте аппаратуры;

2)эффективности использования в многоканальных линиях

связи;

270

PaSoмие

Рис. 6.29

271

3) помехоустойчивости.

Наиболее проста аппаратура при АИМ, затем в порядке воз­ растания сложности идут ШИМ, ФИМ и КИМ.

Все эти виды модуляции используются в многоканальных ли­ ниях связи. Возможности но созданию определенного числа кана­ лов у различных видов модуляции различны. С этой точки зреИия лучшей является АИМ; ШИМ и ФИМ требуют большего времени на передачу информации по такому же каналу.

П р и м е р 6.2. Пусть 7% = 100 мксек. Длительность импульса т =1 мксек. При 100% глубине модуляции при ШИМ изменение длительности импульса или временное смещение его фронта будет равно 1 мксек. Такое же смещение возьмем и при использовании ФИМ. Защитный промежуток между импульсами соседних канд-

лов примем 2 мксек. Тогда для АИМ получим N= т =33 кана-

0

ла, для ШИМ — 25 каналов, для ФИМ — 20 каналов. Возможно­ сти же КИМ еще меньше, так как на передачу информации по одному каналу требуется времени больше, чем при ФИМ или ШИМ.

Наименее помехоустойчивым видом модуляции является АИМ. Произведем сравнительную оценку помехоустойчивости ШИМ и ФИМ отдельно при сильном и слабом сигнале.

С р а в н и т е л ь н а я о ц е н к а при с и л ь н о м с и г н а л е

В случае сильного сигнала воздействие помехи при ФИМ ска­ жется на временном положении импульса; при ШИМ — на ширине импульса. Временное положение импульса при ФИМ или ширина при ШИМ отсчитываются на определенном уровне напряжения. Пусть будем определять временное положение импульса на уров­ не Uо (рис. 6.30). Паразитное смещение фронта импульса за счет

272

U

S

Предположим, что крутизна фронта излучаемого импульса постоянна. Тогда импульс приближенно можно отобразить в ви­ де трапеции (рис. 6.31). Крутизна фронта определится как

Обозначим смещение импульса за счет передачи сигнала Д/От Тогда отношение напряжения сигнала к напряжению помехи

необходимо формировать по возможности прямоугольные импуль­ сы и иметь широкую полосу пропускания;

— увеличивать полезное временное смещение Мт ;

Сравним ФИМ и ШИМ при условии сильного сигнала. Величины A/mC) 1 ф для обоих видов модуляции могут быть вы-

ит

браны одинаковыми. О т н о ш е н и е п р и ФИМ больше, чем при

ШИМ, вследствие того, что при одинаковых средних мощностях передатчика при ФИМ излучаются более короткие импульсы.

.При КИМ смещение фронта не влияет на правильность пере­ дачи информации. Поэтому при условии приема сильного сигнала КИМ является наиболее помехоустойчивым видом импульсной мо­ дуляции.

С р а в н и т е л ь н а я о ц е н к а при с л а б о м с и г н а л е *

При слабом сигнале редкие большие выбросы флюктуационного щума сравнимы по амплитуде с полезным сигналом и будут при­ ниматься как полезный сигнал.

Рассмотрим воздействие на систему ФИМ относительно силь­ ных помех, при которых в течение периода следования иногда воз­ никает один ложный импульс; вероятностью возникновения двух ложных импульсов за время Т„ будем пренебрегать. Пусть в при­ емнике происходит преобразование ФИМ в ШИМ и длительность сформированных импульсов измеряется по среднему току. Наи­ большая возможная длительность сформированного в приемнике импульса равна периоду следования тактовых импульсов. Такие импульсы будут формироваться, если рабочие импульсы передают­ ся в момент tK= T n (относительно тактовой точки).

Пусть в случайный момент времени tt< tK (рис. 6.32) придет ложный импульс, под воздействием которого в приемнике сфор­ мируется задний фронт импульса с ШИМ. При этом абсолют-

пая погрешность составит М. Величина о.= у - характеризует

* ФИМ и ШИМ сравниваются при одинаковом соотношении сигнал/шум.

274

ошибку за один период, во время которого приходит ложный импульс. Поскольку время прихода ложного импульса (относи­ тельно тактовой точки) равновероятно, среднее значение М рав-

т

но А/Ср=-?р- Вероятность появления ложного импульса в тече­

ние одного периода РП=М ТП, где УН—вероятность появления ложного импульса в единицу времени.

Тогда средняя ошибка при ФИМ будет равна

Найдем выражение для средней ошибки в случае ШИМ.

В случае ШИМ при тех же условиях импульсы помехи вы­ зывают ложный выброс или подавление сигнала (рис. 6.33) сред­ ней длительностью Д/ср, равной средней длительности импульса

помехи тп.

F (t)

\1

Тп

т. е. при слабом сигнале и сильных флюктуационных помехах, а также равных соотношениях сигнал/шум на входе приемника ШИМ обладает большей помехоустойчивостью, чем ФИМ.

При КИМ действие помех также вызывает появление ложных или подавление рабочи^импульсов.

Определим среднее значение ошибки при использовании КИМ при условии, что вероятность подавления и вероятность образова­ ния ложного импульса одинаковы и равны Р; будем также счи­ тать, что все кодовые комбинации равновероятны и что в кодовой комбинации может быть искажение только одиночного символа. Так же, как и при ШИМ, сигнал будем измерять по среднему то­

275

одну единицу среднего тока (так же, как при рассмотрении ШИМ считали, что импульс шириной Тп вносит единицу среднего тока). При этом условии среднее значение тока, приходящееся на любой

разряд кодовой комбинации, будет равно 8ср= где п — число

разрядов в кодовой комбинации.

Средняя ошибка при КИМ равна произведению вероятности искажения кодовой комбинации на среднее значение тока, вноси­ мого этой ошибкой:

®ср ким = /Д1)8с1,,

где

Р( 1) —вероятность искажения кодовой комбинации(в данном случае это вероятность того, что из п символов один исказится),

Р(1)=«Р1( 1 - Р 1)"-1-

При n P ^ l приближенно можно считать Р (\)~ п Р и где Рг— ве­ роятность искажения символа.

Тогда средняя ошибка при КИМ будет равна 5Срким = / э1, т. е. среднее значение ошибки при КИМ равно вероятности искажения одиночного символа.

Будем считать, что один импульс помехи может искажать один символ кодовой комбинации*. При этом условии средняя ошибка при КИМ будет равна

3Ср«им—P i=^Wkhmt„,

где

ЛГким—среднее число импульсов помехи, возникающих в еди­ ницу времени [6], равно

ти—длительность символа.

Сравним среднюю ошибку при КИМ и при ШИМ. Для этого возьмем их отношение

Длительность символа обычно берут равной

где

А/—полоса пропускания приемника;

* Наложение импульса помехи на импульс сигнала может привести к иска­ жению формы и увеличению амплитуды этого сигнала, что не приведет к иска­ жению передаваемой информации. Поэтому, принимая условие, что импульс по­ мехи, попадая на сигнал, обязательно искажает его, мы увеличиваем вероятность ошибки.

276

тп—средняя длительность помехи, которая определяется по формуле [6|

2Mi шим

А/ Uс шим

Тогда

В таблице даны значения отношения средней ошибки при КИМ к средней ошибке при ШИМ для различных отношений сигнал/шум (вычисленных для КИМ).

более помехоустойчивым видом импульсной модуляции.

6.2.4. Синхронизация и синфазирование в многоканальных системах с временным разделением

Обеспечение синхронной и синфазной работы коммутатора пе­ редающей стороны и распределителя приемной (рис. 6.2) является

277

/

важнейшим условием работы многоканальных систем связи с вре­ менным разделением.

Синхронность заключается в равенстве частот подключения абонентов к линии связи на передающей и приемной сторонах и обеспечивается равенством частот управляющих напряжений при­ емной и передающей коммутирующей аппаратуры. Последнее до­ стигается путем формирования управляющего напряжения для всех станций данного направления одним генератором, размещен­ ным на одной из оконечных станций. На другой оконечной и про­ межуточных станциях управляющее напряжение вырабатывается из принимаемых импульсов.

Синфазная работа обеспечивает одновременное подключение к линии связи абонентов данного канала. Для достижения синфазностй части излучаемых импульсов присваивается определенный признак. Таким признаком может быть дополнительная модуля­ ция какого-либо импульса тоном, находящимся вне спектра пере­ даваемого по этому каналу сигнала. Этот метод обычно называют синфазировапием без использования тактового импульса. Второй метод заключается в введении специального импульса, называемо­ го тактовым. Тактовый импульс каким-либо' признаком, например но длительности, отличается от всех других. Часто тактовый им­ пульс обозначают парой или тройкой импульсов с амплитудой и длительностью, равной амплитуде и длительности канального им­ пульса (рис. 6.34).

и м п у л ь с а

На передающей стороне импульс одного из каналов дополни­ тельно модулируется (со сравнительно небольшой глубиной моду­ ляции) частотой, лежащей вне спектра полезного сигналаЭта до­ полнительная модуляция осуществляется независимо от того, пере­ дается информация или пет. Па приемной стороне этот признак используется для правильной расстановки сигналов по каналам. Для телефонных каналов связи, спектр которых ограничивается частотами 300—3400 гц, в качестве такого напряжения выбирают напряжение с /= 4 кгц. На рис. 6.35 показанаТишк-схема демоду­ лятора, использующего этот метод сипфазирования.

Для обеспечения синфазной работы приемной аппаратуры с пе­ редающей из последовательности импульсов, поступающих с вы­ вода приемника (рис. 6.36,д), производится выделение синусо-

2 7 8