книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

пость видеоимпульсов длительностью т с амплитудной модуля­ цией. Уровни выходных импульсов совпадают с уровнями вы­ борочной последовательности на передающей стороне. Когда отсчет выходного напряжения произведен, накопительный кон­ денсатор разряжается, например, через открывающуюся лампу

с низким внутренним сопротивлением. Для этой цели форми­ руются специальные разряжающие импульсы, частоты следова­ ния которых, так же как и частота следования местных импуль­ сов синхронизации, управляющих работой переключателя Яг, должна быть синхронизирована с частотой отсчета.

Декодирующее устройство с накопительным конденсатором работает надежно при точной синхронизации передающей и приемной сторон и при строго постоянных амплитудах и дли­ тельностях импульсов, а также временных интервалов между импульсами.

Одним из наиболее простых и надежных в работе является декодирующее устройство с линией задержки, схема которого изображена на рис. 7.29. Линия, нагруженная на волновое со­ противление, имеет отводы через интервал следования импуль­ сов в кодовой комбинации 7'ft, число отводов равно количеству разрядов кода, в данном случае пяти. Импульсы кодовой комби­ нации поступают на вход линии задержки в обычном порядке: первым поступает импульс высшего разряда, последним—им­ пульс, соответствующий единице. В момент прихода последнего импульса 'с первого отвода линии задержки снимается пятый импульс, со второго—четвертый импульс, с третьего—третий импульс, с четвертого—второй импульс и, наконец, с последне­ го отвода, т. е. с конца линии задержки, снимается первый им­ пульс, соответствующий высшему разряду.

Перед суммированием всех импульсов на сопротивлении на­ грузки R каждому импульсу следует придать необходимый вес. Задача взвешивания импульсов может быть решена различными путями. В схеме, изображенной на рис. 7.29, эта задача решает­ ся с помощью потенциометров. Наименьшее значение имеет со­

.330

пульс с амплитудой, равной весу данного разряда. Таким обра­ зом, первый импульс управляет генератором, выдающим им­ пульсы с амплитудой 16 единиц, второй импульс управляет ге­ нератором, выдающим импульсы с амплитудой 8 единиц и т. д. Взвешенные импульсы суммируются на сопротивлении нагруз­ ки R, и их сумма образует одиночный импульс соответствующей амплитуды.

Наличие генераторов весовой серии импульсов в декодирую­ щем -устройстве (рис. 7.30) понижает требования к форме им­ пульсов по сравнению с требованиями, предъявляемыми ранее рассмотренными декодирующими устройствами. Это обеспечи­ вает более высокую точность декодирования.

Дельта-модуляция (ДМ)

Дельта-модуляция является .сравнительно новым видом мо­ дуляции, еще не получившим широкого применения. Но в ряде случаев указанный вид модуляции может быть использован, так как при этом обеспечивается сравнительно высокая помехоус­ тойчивость, а аппаратура получается проще, чем при КИМ.

Рассмотрим принцип действия системы связи с ДМ. Упро­ щенная блок-схема получения сигналов с ДЛА и приема таких

Рис. 7.31. Упрощенная блок-схема системы связи с дельтамодулнциеи:

а — передающее устройство; 0 — приемное устройство

сигналов изображена на рис. 7.31. Процессы в схеме поясняют­ ся на'рис. 7.32. Дельта-модуляция, как и КИМ, связана с кван­ тованием сообщения. Исходное сообщение F(t) при ДМ аппрок­ симируется ступенчатой линией G(t). При этом значение функ­ ции F(t) в данный момент сравнивается с квантованным уров­ нем ступенчатой линии G(t) в предшествующий момент. Это сравнение производится в вычитающем каскаде (ВК). Если раз­

возрастании сообщения преобладают положительные импульсы, при убывании—отрицательные импульсы. При наличии гори­

332

зонтальных участков'или пауз положительные и отрицательные импульсы следуют друг за другом.

Импульсы вырабатываются генератором импульсов (ГИ) и следуют с частотой отсчета Я0. С выхода модулятора импульсы поступают на интегратор (И). При поступлении положительно­ го импульса напряжение на выходе интегратора увеличивается

Рис. 7.32. Принцип передачи сообщений при ДМ:

а — исходное сообщение ^(/) и ступенчатая функция G (/): б — сигнал ошибки; в — импульсы на выходе модулятора

на одну ступеньку, при поступлении отрицательного импульса уменьшается на одну ступеньку. Таким образом, ступенчатая линия G(t) образуется в результате интегрирования положи­ тельных и отрицательных импульсов.

Процесс образования ступенчатой линии G(t) при ДМ отли­ чается от квантования при КИМ. При ДМ значение исходного сообщения F(t) в данный момент .^сравнивается со значением квантового уровня ступенчатой линии G[t)', полученным в пред­ шествующий момент, и в зависимости от знака разности срав­ ниваемых ординат ступенька G(t) наращивается или вычитает­ ся, т. е. квантованный уровень увеличивается или уменьшается.' При КИМ значение F(t) в данный момент заменяется ближай­ шим (верхним или нижним) квантованным уровнем независимо оттого, какое значение квантованный уровень имел в предше­ ствующий момент. При ДМ не может быть двух одинаковых уровней G(t), следующих непосредственно друг за другом, при­ чем разность между двумя соседними уровнями всегда равна

33?.

■одному шагу квантования. Из рис. 7.17 видно, что при КИМ та­ ких ограничений нет.

При дельта-модуляции для определения значения ступенча­ той линии G{t) в данный момент используется ее значение в предшествующий момент. Поэтому иногда систему ДМ рассмат­ ривают как систему с предсказанием [8], [9].

Импульсы с выхода модулятора импульсов подаются также на модулятор передатчика. В системе связи ДМ—AM передат­ чик будет излучать энергию только при поступлении положи­ тельных импульсов.

На приемной стороне принимаются импульсы положитель­ ной полярности. Они управляют переключателем полярности импульсов (Я), вырабатываемых генератором импульсов. Час­ тота следования импульсов должна быть равна частоте отсчета на передающей стороне. Для этого должна быть обеспечена син­ хронизация обоих генераторов импульсов. Когда напряжение принятого сигнала превысит установленный порог срабатыва­ ния, на выходе переключателя образуется импульс положитель­ ной полярности; в противном случае на выходе переключателя ■образуется импульс отрицательной полярности. Образованные таким образом положительные и отрицательные импульсы с вы­ хода переключателя поступают на интегратор, аналогичный интегратору на передающей стороне.

В результате интегрирования восстанавливается ступенча­ тая линия G(t), которая с помощью фильтра нижних частот превращается в плавную кривую F(t), близкую к исходной.

Из принципа действия ДМ следует, что по линии связи пере­ даются не абсолютные значения функций F{t) и G{t) и не разность между ними, а лишь знак приращения ступенчатой линии. При этом сигнал оказывается кодированным по двоич­ ной системе. Для передачи знака приращения достаточно одно­ го из двух значений сигнала. Таким образом, при ДМ исполь­ зуется одноразрядный двоичный код.

При описании принципа действия ДМ предполагалась пря­ моугольная ступенчатая аппроксимация сообщения. Однако бо­ лее простой является треугольная аппроксимация, при которой ступеньки аппроксимирующей кривой будут иметь форму тре­ угольника [10]. Могут быть использованы и более сложные си­ стемы аппроксимации [11,].

Передача сообщений при ДМ сопровождается искажениями непрерывных сообщений, которые можно разделить на две ка­ тегории — искажения за счет шума квантования и искажения за счет перегрузки. Искажения характеризуются сигналом ошибки F ( t ) — G(t), изображенным на рис. 7.32,6. На участке кривой cd искажения вызываются шумом квантования, на участ­ ке de — перегрузкой.

Природа искажений за счет квантования та же, что и при КИМ, но шум квантования при ДМ отличается от шума кван-

т

тования при КИМ. В. этом можно, убедиться из сравнения си­

гналов ошибки, приведенных на рис. 7.32,б (участок cd) и

рис. 7.17,6.

Искажения за счет перегрузки появляются, когда крутизна функции F(t), описывающей сообщение, становится больше той, которую можно воспроизвести путем суммирования импульсов ступенчатой кривой (участок de на рис. 7.32,а). Устранить пере­ грузку можно либо увеличением шага квантования h, либо по-

Чрезмерное увеличение шага квантования нецелесообразно, так как при этом увеличиваются искажения за счет квантования.

вообще говоря, могут принимать сколь угодно большие значе­ ния. Но для требуемого качества связи необходимо задаться такими максимальными значениями функции F(t) и ее произ­ водной, т. е. крутизны F'(t), которые должны воспроизводиться при передаче сообщений. Пусть будет достаточно, чтобы мак­

изводной соответственно. Корреляционная функция связана с энергетическим спектром следующей зависимостью:

оо

335

Аналогичное выражение молено написать для корреляционной функции производной

(7.51)

и

где энергетический спектр производной S' (ш) выражается черезспектр самой функции F(t) следующим образом:

против ее минимального значения, соответствующего знаку ра­ венства в (7.46), нецелесообразно, так как это приводит к умень­ шению числа каналов или к уменьшению длительности импуль­ сов, а следовательно, к расширению спектра.

При передаче речевых сообщений следует брать F0=

=50 -н 100 кгц. Разборчивость речи получается удовлетвори­

тельной и при более низкой частоте отсчета F0 = М -ь 20 кгц ■12]. Однако качество связи при этом будет плохим. Такое пони­ жение F0 может быть оправданным только при большом уров­ не помех и .невысоких требованиях к качеству связи.

Изложенное позволяет сделать вывод, что практическое вы­ полнение дельта-модуляции проще, чем кодовой импульсной мо­ дуляции. ДМ может найти применение в устройствах, предназ­ наченных для передачи речевой, а также телеметрической ин­ формации при небольшом числе каналов и невысоких требова­ ниях к точности передачи данных [13,].

§ 3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ

Амплитудная импульсная модуляция

При описании различных методов импульсной радиосвязи предполагалось, что параметры прямоугольных импульсов из­ меняются лишь под действием модулирующего напряжения. В реальных условиях эти параметры изменяются также и под действием помех, вследствие чего возникает паразитная моду­ ляция, накладывающаяся на полезную модуляцию. Как и ранее, будем предполагать, что помехой является флуктуационный шум с равномерным частотным спектром. При наличии такой помехи вершина импульса сигнала и его фронты будут изрезанными, в результате чего создается паразитная модуляция импульсов по амплитуде, длительности и по временному положению, экви­ валентная некоторому шуму на выходе приемника.

336

Проведем сравнение помехоустойчивости систем импульсной радиосвязи, беря в качестве критерия помехоустойчивости ве­ личину отношения мощностей сигнала и шума. Мощность си­ гнала будем определять при отсутствии шума, а мощность шу­ ма — при наличии сигнала, но при отсутствии полезной моду­ ляции.

Рассмотрение начнем с амплитудной импульсной модуляции, именно с системы вида АИМ—AM. Соответствующая такой си­ стеме радиосвязи схема демодуляции изображена на рис. 7.5. Под действием шума, имеющегося в высокочастотном тракте

приемника, импульсы на выходе детектора будут модулированы по амплитуде. Поскольку спектр шума в высокочастотном трак-' те приемника сплошной, спектр шума на выходе Детектора, воз­ никающий за счет паразитной модуляции импульсов по ампли­ туде, также будет сплошным. Но'на выходе приемника шум со­ здается только теми составляющими, которые проходят через фильтр нижних частот. Легко видеть, что такие составляющие леж1ат в интервалах nF0± FuaKC. Составляющие, лежащие вне

указанных пределов, не пройдут через фильтр нижних частот и не Роздадут шум на выходе приемника. В этом можно убе­ диться из рассмотрения формулы для спектра последователь^ ности импульсов при АИМ (7.13) и рис. 7.33. Все составляющие; спектра шума на выходе детектора, лежащие в пределах одно­ го из заштрихованных интервалов, всегда преобразуются в по­ лосу частбт от 0 до F„акс и пройдут через фильтр нижних частот.

Количество интервалов, содержащих такие составляющие, равно отношению максимальной частоты спектра импульсов к

частоте отсчет,а: г — —- . Пусть плотность мощности шу-

Fq

ма в высокочастотном тракте есть Nо. Составляющая высоко­ частотного шума Y ZN“ qh f cos 2гс/г t вызовет на выходе детею

частоту, fi — среднюю частоту элементарной полосы шума Д / . При достаточно сильном сигнале составляющая шума на выходе видеоусилителя будет иметь характер гармонических колебаний

и может быть записана так: |/2yV0 Д/co s 2^ft . (Для просто­ ты считаем произведение коэффициентов передачи детектора и видеоусилителя равным единице).

Спектр модулированных этой составляющей видеоимпульсов

где q = —5— скважность.

*0

Умножив полученное выражение на выражение для состав­

Это выражение определяет спектр импульсов на выходе видео­ усилителя, модулированных по амплитуде шумом. Состав спект­ ра отличается от спектра, определяемого выражением (7.13), отсутствием слагаемых за счет постоянной составляющей в мо­ дулирующей функции. Постоянная составляющая исключена на основании предположения, что шум является симметричным от­ носительно нуля.

Выражение (7.54) дает возможность определить общую мощ­ ность шума на выходе приемника. Она равна сумме мощностей во всех интервалах частот, показанных на рис. 7.33. Мощность, соответствующая каждому слагаемому в правой части (7.54), равна половине квадрата амплитуды. Производя интегрирова-

3 3 8

П=1

Указанные пределы интегрирования взяты на том основании, что

частотных шумов Д/, лежащей выше несущей частоты fo, так и за счет полосы высокочастотных шумов, лежащей ниже /о-

Можно показать [14], что при большой скважности и доста­

ностью q. Поэтому, если амплитуда немодулированного напря­ жения равна Um, то амплитуда^смодулированных передаваемых

импульсов будет равна UmV Я- При 100%-ной синусоидальной модуляции амплитуда модулирующего напряжения на выходе видеоусилителя также равна UmYq. Из (7.13) и (7.54) следует,

что составляющая модулирующего колебания в спектре моду­ лированных импульсов меньше амплитуды модулирующего на­ пряжения в q раз. Поэтому амплитуда сигнала на выходе филь-