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

импульсом U1. Таким образом, в триггере осуществляется как вы­ деление сигналов данного канала, так и преобразование ФИМ в ШИМ. С помощью фильтра нижних частот из напряжения' UTpиг 'выделяется полезный сигнал.

6.2.7. Взаимные помехи при временном разделении каналов

Взаимные помехи в многоканальных системах с временным разделением каналов возникают вследствие растягивания импуль­ сов по длительности за счет ограниченной ширины полосы про­ пускания канала. При этом импульсы одного канала будут накла­ дываться на импульсы других каналов. Особенно сильное влияние эти помехи оказывают на импульсы соседнего канала (рис. 6.44).

Рис. 6.44

Такие помехи называются переходными. В качестве примера рас­ смотрим влияние переходных помех на импульсы с ШИМ. За счёт влияния соседних каналов фронт импульса подвергается дополни­ тельному смещению. Величину этого смещения можно определить следующим образом (рис. 645):

Рис. 6.45

290

т о

ы — М М d U t)

dt

t-u.

Это дополнительное смещение фронта импульса является помехой для данного капала. Если смещение фронта импульса за счет мо­ дулирующего напряжения обозначим tm, то отношение сигнал/помеха на выходе системы при учете только переходных помех будет

Таким образом, для увеличения отношения сигпал/помеха не­ обходимо:

1) уменьшать значение напряжения от предыдущих импульсов U](ti). Этого можно добиться расширением полосы пропускания приемника и увеличением временного интервала между импульса­ ми соседних каналов. Но увеличение временного расстояния-меж­ ду импульсами соседних каналов приводит к уменьшению про­ пускной способности системы

2) уровень ограничения импульсов выбирать в точке с наи­ большей крутизной импульса *.

6.2.8. Области применения временного разделения каналов и его достоинства и недостатки

Временное разделение каналов нашло широкое применение в системах связи и телеуправления. Применяемые в настоящее вре­ мя системы связи с временным разделением имеют число каналов не больше 24. Трудности, с которыми приходится сталкиваться при проектировании систем с большим числом каналов, рассмот­ рим на конкретном примере. Для получения 200 телефонных ка­

Обычно при ШИМ импульсы подвергаются двухстороннему ограничению.

291

должна измеряться тысячными долями микросекунды. Создание такой системы вызывает большие трудности. Кроме того, с умень­ шением времени, отводимого на канал, уменьшается помехоустой­ чивость. В настоящее время длительность импульсов в системах связи с временным разделением измеряется десятыми, а точность синхронизации — сотыми долями микросекунды-

В системах же телеуправления передаче подлежат медленно меняющиеся функции. Если передается информация, спектр кото­ рой ограничивается частотой Ршкс =10 гц, то при построении 200-каналыюй аппаратуры с временным 'разделением на один ка­ нал будет отведено время, равное

■ ' • = w h r = 2t ° ж с е к -

Такая система технически легко выполнима. Поэтому в системах телеуправления и телеизмерения при большом количестве каналов применяется временное разделение. В кабельных линиях связи изза больших искажений формы коротких импульсов и сравнительно неэкономного использования полосы пропускания временное раз­ деление почти не применяется.

Достоинствами метода временного разделения являются:

1) сравнительная простота и компактность аппаратуры (осо бенно при небольшом числе каналов);

> 2) сравнительная легкость выделения каналов на промежуточ­ ных пунктах;

3)возможность осуществления достаточно глубокой модуляции

скаждом канале.

Недостатками временного разделения являются:

1) ограничения в возможности увеличения числа каналов и их пропускной способности, связанные с необходимостью применения весьма коротких импульсов;

292

2)сравнительно неэкономное использование полосы пропуска­ ния канала связи;

3)трудность сопряжения радиорелейных линий с кабельными,

в которых, как правило, применяется частотное разделение.

П о н я т и е о к о д о в о м р а з д е л е н и и к а н а л о в

При таком разделении импульсы каждого канала кодируются определенной кодовой комбинацией, которая и является призна­ ком для разделения сигналов по каналам на приемной стороне. При этом импульсы отдельных каналов передаются в линию свя­ зи не одновременно; в этом кодовое разделение сходно с времен­ ным. Однако различие их заключается в том, что при временном разделении каждому каналу отводится вполне определенный про­ межуток времени и происходит поочередное подключение каналов к линии связи независимо от того, передается информация по всем каналам или по каким-либо каналам не передается. При кодо­ вом же разделении кет строгой временной последовательности сиг­ налов различных каналов и очередность сигналов в линии связи определяется очередностью поступления информации ог источни­ ков сообщений.

Кодовое разделение каналов находит применение в системах телеуправления.

§ 6.3. Системы с частотным разделением каналов

Идея частотного разделения каналов излагалась в § 2.2. Одна­ ко приведенный там простейший вариант блок-схемы связи (рис. 2.6) на .практике применяется редко, так как имеет следую­ щие существенные недостатки:

1)неэкономное использование полосы пропускания линии свя­ зи, так как спектр надтональных * каналов вдвое шире спектра исходного сообщения;

2)передаваемые по линии токи поднесущи.х частот не содер­ жат полезной информации и могут лишь вызвать перегрузку об­ щих для нескольких каналов усилителей и взаимные помехи меж­

ду каналами. Между тем на них затрачивается большая доля пе­

т. е. не превышает 10—15% мощности поднесущего колебания.

* Надтональными называют каналы, спектр которых размещается выше спектра разговорной речи (4 кгц).

293

От перечисленных недостаткст в значительной мере свободны системы связи, использующие однополосный сигнал с подпесущей (рис. 4.30,6) и особенно системы однополосной связи с частично либо полностью подавленной поднесущей (рис. 4.30,а).

Рассмотрим основные методы формирования однополосных сигналов.

6.3.1. Методы формирования однополосного сигнала

В ы д е л е н и е од но й б о к о в ой п о л о с ы с п о м о щ ь ю ф и л ь т р о в

Напряжение с выхода каждого из модуляторов подается на полосовой фильтр, пропускающий только требуемую боковую по­ лосу. Фильтр должен обеспечить равномерность передачи спект­ ральных составляющих в полосе прозрачности и иметь большое затухание вне этой полосы.

Блок-схема многоканальной аппаратуры, в которой однополос­

Рис. 6.47а

совпадают, вначале сигналы от отправителей всех каналов, кроме тонального, поступают на модуляторы, где происходит преобразо­ вание спектра. Напряжения с выходов модуляторов отдельных ка­ налов, пройдя через полосовые фильтры, пропускающие лишь со­ ставляющие требуемой боковой полосы и заграждающие путь по­ бочным составляющим преобразования, суммируются и поступают в линию связи. Спектр линейного сигнала показан па рис. 6.47,6. Разделение сигналов отдельных каналов производится на прием­ ной стороне также с помощью полосовых фильтровВосстановле- 'ние исходного спектра (FH-r-Fe) производится в демодуляторе (смеситель) в результате детектирования одновременно воздей­

294

ствующих напряжений однополосного сигнала и колебания мест­ ного генератора поднесущей частоты. Выходные напряжения де­ модуляторов через фильтр нижних частот, преграждающий путь побочным составляющим демодуляции, поступает к получателю.

Для того, чтобы устранить взаимное наложение спектров сосед­ них каналов, между ними должен быть оставлен запас на расфильтровку А/ порядка 10—20% от полосы, занимаемой каналом.

Этот методтребует наличия фильтров с хорошей крутизной скатов, однородностью и стабильностью характеристик.

Известно, что при использовании электромеханических фильт­ ров (пьезоэлектрических и магнитострикционных) наилучшие ха­ рактеристики могут быть получены для диапазона 60 —г—110 кгц. Поэтому диапазон частот 60-j- 108 кгц (в котором может быть размещено 12 стандартных телефонных каналов) принят в нашей стране в качестве стандартного.

В многоканальных системах с числом каналов 12 и более спектр передаваемого сигнала преобразуется в этот стандартный диапазон, где и производится выделение нужной боковой полосы каждого канала. Таким образом формируется 12-канальная груп­ па. Если количество каналов больше 12, то' формируется несколь­

области диапазона частот, например, вторая группа преобразуется в диапазон 12-4*60 кгц (аппаратура уплотнения К-24).

Для эффективного разделения составляющих одной боковой полосы при больших значениях поднесущих (несущих) частот (что, например, имеет место в системах однополосной радиосвязи), требуются очень высококачественные фильтры. Например, если

295

несущей частоты на 45 дб необходимо применить фильтр с крутиз­ ной характеристики затухания 4500 дб на 1% изменения частоты. * Паилучшис кварцевые фильтры обеспечивают крутизну около 1000 дб на 1% изменения частоты. Поэтому при получении одно­ полосного сигнала с помощью фильтра при (Голыйих значениях несущих частот стараются вначале разнести несущую и боковые полосы. Осуществляется это путем многократной последователь­ ной модуляции передаваемым сообщением нескольких поднесущих частот. Так, например (рис. 6.48), при первой подпесущей частоте /подт-с!— 20 кгц фильтром можно выделить одну боковую по-

лосу (например, верхнюю), составляющие которой находятся в спектре частот О т / п о д н е с ^ + ^ммн^ОЗОО гц Д О / п о д н е с ! + / Ф а к с = 23400 гц. При второй подпесущей частоте /п о д н е с , 200 кгц вторым фильт­ ром необходимо выделить полосу частот, составляющие которой

От несущей частоты этот спектр отстоит (при передаче телефон­ ного сигнала) на 20300 гц (рис- 6.48). При третьей подпесущей частоте /поднес, = 3 Мгц полосовой фильтр должен выделить по­ лосу частот, отстоящую от несущей па 220300 гц. При этом для подавления несущей на 45 дб необходим фильтр с крутизной характеристики около 6,1 дб на 1% изменения частоты. Теперь для выделения одной боковой полосы можно использовать даже

схемы суммирования. Пусть на вход модулятора 1 подается мо­ дулирующее напряжение ul{t)—UmcosQt и напряжение несущей частоты «Heci(/)=W|,ccCOS(B/.

236

На вход второго модулятора соответственно

и тсо%(ш —

и

Рис. 6.49

При амплитудной модуляции и коэффициенте модуляции т на­ пряжение на выходе первого модулятора будет

держать лишь составляющую нижней боковой частоты. Для мо­ дулирующей функции со спектром ДF на выходе суммирующей схемы выделится лишь напряжение нижней боковой полосы. Пояс­ ним процесс образования однополосного сигнала при фазокомпен­ сационном методе векторной диаграммой.

Считая условно вектор несущей частоты неподвижном, боко­ вые составляющие можно представить двумя векторами и„ и ин, вращающимися в противоположные стороны. На рис. 6.50,а изо­ бражены векторные диаграммы выходных напряжений двух моду­ ляторов при сдвиге по фазе модулирующих напряжений на 90°. Так как несущие также сдвинуты между собой по фазе на 90°, то векторная диаграмма будет иметь вид, показанный на рис. 6.50,6. Из этой диаграммы'видно, что составляющие верхней боковой по-

. лосы взаимно компенсируются. Для полного подавления одной бо­ ковой полосы необходима строгая симметрия схемы.

297

6.3.2. Частотное разделение каналов в радиолиниях

Частотное разделение широко применяется и в радиолиниях. Блок-схема многоканальной радиорелейной линии с частотным разделением приведена на рис. 6.51. Суммарный сигнал, включаю-

ЮррЦг

Рис. 6.51

!ций в себя составляющие боковых полос сигналов отдельных ка­ налов, воздействует на групповой модулятор передатчика. В пос­ леднем осуществляются усиление суммарного сигнала и амплитуд­ ная либо частотная модуляция несущих колебаний передатчика-

Пропускная способность различного типа радиорелейных ли­ ний составляет от единиц до нескольких тысяч стандартных теле­ фонных каналов. Так, например, стационарная радиорелейная ли­ ния типа «Весна» обеспечивает до 3000 стандартных телефонных каналов. . • 1

В последнее время широкое применение находит частотное раз­ деление однополосных радиоканалов на коротких волнах. При этом однополосный стандартный телефонный канал вторично

298

уплотняется рядом каналов тонального телеграфирования с ам­ плитудной, частотной, либо относительной фазовой манипуляцией. Применяя в месте приема современные кварцевые генераторы с нестабильностью частоты, не превышающей 10~7—10~8, можно во iiceM коротковолновом диапазоне обеспечить высокую точность восстановления несущей частоты (единицы герц) без пилот-сиг­ нала.

Весьма эффективным является применение системы частотного разделения однополосных радиоканалов с использованием дву­ кратной относительной фазовой манипуляции (аппаратура «Кинеплекс»). Принцип действия этой аппаратуры, обеспечивающей пе­ редачу 40 телеграфных каналов в полосе частот стандартного те­ лефонного канала, подробно рассмотрен в п. 4 10.4. Кроме выигры­ ша за счет подавления несущей и одной боковой полосы, переход к однополосной модуляции дает дополнительный выигрыш по мощности за счет сужения вдвое полосы пропускания приемника. Серьезным достоинством однополосной связи на коротких волнах является ее меньшая подверженность искажениям при возникно­ вении избирательных замираний.

В целом переход от двухполосиой амплитудной модуляции к однополосной в коротковолновых радиолиниях эквивалентен энер­ гетическому выигрышу порядка 10—12 дб.

6.3.3. Взаимные (переходные) помехи при частотном разделении каналов

Взаимные помехи между каналами возникают главным обра­ зом из-за проникновения в полосу канала побочных гармониче­ ских и комбинационных составляющих, образуемых:

—в процессе преобразования частоты в других каналах (со­ ставляющие вида mfo±nF),

—вследствие нелинейности общих для нескольких каналов усилителей; число и вид этих составляющих определяются видом нелинейности амплитудной характеристики канала.

Мерами борьбы с взаимными помехами являются:

—улучшение качества полосовых фильтров и применение за­ щитных промежутков (для расфидьтровки) между каналами;

—применение кольцевых схем преобразователей, обеспечиваю­ щих минимальное число и уровень побочных составляющих;

—строгое поддержание требуемых уровней сигнала, исклю­ чающих возможность перегрузки групповых усилителей.

6.3.4. Требования к основным узлам аппаратуры с частотным разделением

Т р е б о в а н и я к с т а б и л ь н о с т и ч а с т о т ы п о д н е с у щ и х "■ к о л е б а н и й

Нестабильность поднесущей частоты приводит к изменению частоты каждой составляющей спектра сигнала. Например, при

29Э