книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

принять сигнал от станции, отстоящей от данной на три участ­ ка (радиостанция ОС-Б может принять сигнал на частоте Д от радиостанции ОС-A). Такой сигнал создает интерференцию с сигналом той же частоты от соседней (узловой) станции, что приведет к ухудшению качества связи. Уменьшить действие ме­ шающего сигнала можно за счет направленности антенн путем их поворота на небольшой угол. Это следует учитывать при прокладывании трассы радиорелейной линии. Когда станции вдоль трассы расположены не по прямой линии, а зигзагообраз­ но, так, что угол между направлениями на соседнюю станцию и на станцию, отстоящую от данной на три участка, будет больше ширины диаграммы направленности антенны, указанных иска­ жений не будет иметь места.

Расстояние между промежуточными станциями зависит от высоты антенных мачт, от характера местности вдоль трассы, от общей длины трассы, т. е. от количества ретрансляций. Следует иметь в виду, что в радиорелейных системах связи без кванто­ вания сообщения отношение сигнала к шуму уменьшается с каждой ретрансляцией. Чтобы это отношение было достаточ­ но большим на последнем участке, на каждом предшествующем участке должен быть обеспечен запас уровней сигнала. По ука­ занным причинам средняя длина интервала между соседними станциями при 15—20 ретрансляциях и высоте мачт 20 м в степ­ ных районах обычно составляет 40—50 км, а в условиях леси­ стой среднепересеченной местности — 30—35 км. При большей высоте антенных мачт длина интервала может быть увеличена.

§ 2. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ

Частотное разделение каналов

Задача разделения сигналов или, иначе, разделения кана­ лов является характерной для многоканальной связи. Она вы­ текает из того, что по линии связи передается сумма сиг­ налов различных отправителей и из этой суммы нужно выде­ лить сигналы, предназначенные для соответствующих получа­ телей. Задача разделения сигналов сходна с задачей отделения сигнала от помехи: в обоих случаях необходимо выделить нуж­ ный сигнал из некоторого суммарного напряжения. Однако имеется существенное различие, которое состоит в том, что ха­ рактеристики помехи обычно от нас не зависят, в то время как характеристики сигналов различных каналов по нашему усмот­ рению могут выбираться такими, которые обеспечивают наилуч­ шее разделение этих сигналов. Сигналы должны быть наделены определенными признаками, по которым производится их раз­ деление. В зависимости от характера указанных признаков воз­ можны различные методы разделения сигналов [1], [2].

Одним из наиболее распространенных методов является ме­ тод частотного разделения сигналов (каналов). Сущность это­

370

го метода состоит в следующем. При передаче сигналы различ-. ных. каналов размещаются в неперекрывающихся полосах ча­ стот. На приемной стороне сигналы разделяются при помощи полосовых фильтров, каждый из которых выделяет сигнал од­ ного из каналов.

Рис. 8.4 поясняет принцип частотного разделения при двух каналах. Канальные сигналы, т. е. сигналы первого и второго

поэтому идеальное разделение невозможно, вследствие чего бу­ дут иметь место перекрестные помехи между каналами. С целью устранения перекрытия спектры канальных сигналов можно искусственно ограничить, но это приведет к искажению сигна­ лов конечной длительности. Следовательно, практически всегда будут иметь место либо перекрестные помехи, либо искажения сигналов.

Отмеченные нежелательные явления, хотя и указывают* на принципиальные ограничения частотного разделения каналов, но не являются препятствием к применению этого метода раз­ деления, так как путем рационального конструирования они мо­ гут быть сведены к допустимому минимуму.

Частотное разделение каналов находит очень широкое при­ менение в многоканальных радиорелейных линиях. Отметим,

что частотное разделение является линейным, так как оно осу­ ществляется частотными фильтрами, т. е. линейными система­ ми с постоянными параметрами.

Временное разделение каналов

Временное разделение каналов также широко применяется на практике. Идея этого метода состоит в поочередной переда­ че сигналов различных каналов по линии связи. Применитель­ но к временному разделению каналов в общей схеме многока­ нальной связи, приведенной на рис. 8.1, суммирующее устрой­

методов импульсной модуляции. На рис. 8.5 поясняется прин­ цип временного разделения двух каналов при амплитудной им­ пульсной модуляции. Условие разделимости здесь состоит в том, чтобы сигналы различных каналов не перекрывались во време­ ни. На приведенном рисунке импульсы имеют вертикальные фронты и это условие выполняется. Но сигналы конечной дли­ тельности имеют бесконечно широкий спектр частот, который

т— длительность импульса.

372

В результате импульсы данного канала будут попадать в со­ седние каналы, что приведет к переходным помехам при вре­ менном разделении каналов. Как и в предыдущем случае, пе­ реходные помехи не исключают возможности практического применения временного разделения. С целью их уменьшения необходимо оставлять защитные интервалы между импульсами соседних каналов.

Временное разделение также является линейным. Здесь раз­ деление производится с помощью линейных систем, параметры которых не зависят от силы тока и .напряжения, действующих на элементах цепи, но изменяются во времени. Таким парамет­ ром может быть, например, проводимость той или иной цепи приемного устройства, изменяющаяся во времени по закону, задаваемому синхронным коммутатором.

Помимо многоканальных радиорелейных линий, временное разделение каналов издавна применяется в многократных те­ леграфных аппаратах для передачи нескольких телеграфных сообщений по одной линии связи.

Фазовое разделение каналов

Предположим, что имеем два синусоидальных колебания. Если они отличаются по частоте, возможно частотное разделе­ ние. Разделение двух синусоидальных колебаний возможно и в том случае, если они имеют одинаковые частоты, но различные фазы. Это есть фазовое разделение. Сдвиг колебаний по фазе выражает сдвиг по времени. Поэтому фазовое разделение есть частный случай временного разделения.

Определим условия фазового разделения сигналов. Пусть имеем два сдвинутых по фазе канальных сигнала:

(t) — Umi sin iot\

На вход разделяющего устройства (рис. 8.6) поступает линей­ ный сигнал, равный сумме канальных сигналов:

Разделяющее устройство состоит из двух ветвей. Проводимость каждой ветви изменяется с помощью переменных сопротивле­ ний Ri(t) и /?г(0 так, что закон изменения проводимости пер­ вой и второй ветвей соответственно определяется следующими выражениями:

г

^ 2 ( 0 = — [1 + S i n ( a t f + ф ) ] .

Г

373

' С сопротивлений г напряжения поступают на интегрирую­ щие звенья RC и после усреднения измеряются вольтметрами.

где прямая черта сверху означает усреднение по времени. Значения выходных напряжений могут быть легко вычисле­

ны. Подставляя в формулу (8.4) выражения (8.2) и (8.3), по­

Puc. 8.6. Схема фазового разделения двух сиг­ налов

Первые два слагаемые в правой части при усреднении дадут нуль, поэтому, воспользовавшись известными тригонометриче­ скими формулами, будем иметь

— cos(2tu^ -1- tp -f- ф)J.

374

В этом выражении слагаемые, зависящие от времени, при ус- •

реднении также будут равны нулю, поэтому окончательно по­ лучим

При полном разделении сигналов U{ должно зависеть только от ыь а С/2 — только от и2. Из (8.6) и (8.7) видно, что это может быть выполнено лишь при следующем условии:

ср = ф — к / 2 .

Таким образом, полное разделение возможно только при фазо­ вом сдвиге, равном я/2, когда один сигнал представляет сину­ соиду, а другой — косинусоиду. Это означает, что при фазовом разделении система связи может иметь только два независи­ мых канала. Полное разделение оказывается возможным вслед­ ствие принятой идеализации об идеальной периодичности сиг­ налов. При этом возможно полное разделение и частотным ме­ тодом.

Рассмотренный метод разделения есть по-существу синхрон­ ное детектирование, с которым мы уже встречались при анали­ зе помехоустойчивости приема сигналов с известной фазой (гл. III, § 1.3). При синхронном детектировании процессы разде­ ления сигналов и выделения сообщений из сигналов совмещены, поэтому здесь происходит разделение сообщений, а не сигна­ лов.

До сих пор рассматривались сигналы либо различающиеся по частоте, либо сдвинутые во времени, причем была доказана возможность разделения таких сигналов линейными методами— частотным и временным. Но частотный и временной методы не исчерпывают всех возможных линейных методов разделениясигналов. Существует еще один метод, который при некоторых' условиях позволяет разделить сигналы с перекрывающимися спектрами и накладывающиеся друг на друга во времени. В' качестве отличительного признака, по которому производит­ ся разделение, берется форма сигналов, поэтому и разделение называется разделением по форме. Различие по форме имеет более общий характер, чем различие по частоте или по времени действия сигналов.

В зависимости от конкретного вида сигналов возможны раз­ личные способы реализации разделения по форме. Здесь рас­ смотрим один из возможных способов, позволяющих разделить сигналы, описываемые членами степенного ряда 1, t, t%, ...,- по-'

375

множенными на постоянные коэффициенты:

щ (() = а0,

Начнем с простейшего случая, когда имеются два первых сигна­ ла (рис. 8.7). При этом линейный сигнал на входе разделитель­ ного устройства имеет вид

u ( t ) = a Q+ a, t.

Схема разделительного устройства легко может быть пост­ роена путем следующих простых рассуждений. Продифференци­

руем u(t):

а— сигнал первого канала:

б— сигнал второго канала;

в— линейный сигнал

состоит из дифференцирующего, интегрирующего и вычитающе: го устройств. Сигнал второго канала Мг выделяется на выходе интегрирующего устройства, сигнал первого канала и\ — на вы­ ходе вычитающего устройства.

Разделение большего количества сигналов может быть ’про­ изведено аналогичным образом. Пусть, например, на вход раз­

376

делительного устройства поступает линейный сигнал, представ­ ляющий сумму трех сигналов:

Для выделения третьего сигнала нужно два раза продифферен­ цировать и затем два раза проинтегрировать линейный сигнал:

Интегрирование выражения (8.10) дает сумму второго и третье­

разделенными. Схема разделительного устройства изображена на рис. 8.9. Как и преды­

основанное на ином принципе. Так, в [1], [3] описаны разделяю­ щие устройства, позволяющие разделить сигналы следующего вида:

Ц] ( t ) = O j COS а>1 t -f- а 2 COS C1)2 t,

u2(t) = bi cos <*>j t —- b2cos <d2 t.

377

Однако во всех случаях линейное разделение возможно только при линейной независимости сигналов. Это общее положение доказывается несколько ниже.

Разделение по уровню

Рассмотрим такой случай, когда сигналы передаются одновременно, име­

сов во втором канале Лз, т. е. если hi Ф /гг. Пусть, например, /н >Л2 (рис. 8.10). Для выделения сигнала первого канала нужно ограничить сумму двух сигна­ лов сверху на уровне hi, а снизу на уровне /гг, т. е. из суммарного сигнала вырезать полосу высотой Д/г= hi — /гг, В результате такого ограничения будет выделен сигнал первого канала, уменьшенный по уровню в

Если этот сигнал усилить в /г раз и затем вычесть из суммы, выделим второй сигнал.

Блок-схема разделяющего устройства изображена на рис. 8.11. Она со­ стоит из ограничителя (сверху и снизу), усилителя и вычитающего устройст­ ва. Разделение по уровню является нелинейным, так как оно осуществляет­ ся с помощью нелинейных элементов — ограничителей.

В общем случае п каналов разделение оказывается возможным только лри соблюдении определенного правила выбора уровней канальных сигна­ лов. Пусть имеем п сигналов, образующих последовательность уровней:'

Wj *= Л], U2 Il2 , //3 --- //g, •••, l^tl К '

378

Для разделения сигналов в этом случае необходимо выполнить следующие операции:

1. Суммарный сигнал ограничиваем сверху на уровне hi, а снизу на

п

уровне 2 i = S hk.. В результате такого ограничения из суммы выделится:

3 7 9 ’