книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

Таким образом, могут быть разделены сигналы всех каналов.

Разделение ло уровню для случая четырех каналов иллюстрируется диа­ граммами, приведенными на рис. 8.12. На рис. 8.13 изображена схема раз­

Разделение по уровню, как и другие нелинейные методы разделения, не применяется в многоканальных радиорелейных линиях.

Комбинационное разделение

Этот метод основан на ином подходе к вопросу разделения каналов и отличается от ранее рассмотренных методов. Отличие состоит в том, что в данном случае по линии связи передаются не сами сигналы, как это было ранее, а определенные кодовые комбинации, отображающие-сигналы в различных каналах. Рассмотримпростейший пример. Предположим, что передача ведется двоичным кодом в каждом из двух каналов. При этомвозможны следующие четыре комбинации сигналов в обоих ка­ налах:

Если, как это делалось ранее, в линию связи передавать сумму сигналов, тогда разделить их будет невозможно. В самом деле, приняв сигнал, равный единице, мы не .сможем сказать, какому из двух каналов он принадлежит. Но при одинаковой сумме сигналов комбинации, как это видно из таблицы, раз­ личны.

. В линию связи можно посылать номер комбинации, который

•однозначно определяет сигналы в каждом канале. В данном примере число различных комбинаций равно четырем. При трех

380

каналах и двоичном коде число различных комбинаций будет

комбинаций будет равно тп. Так, при четырех каналах и ис­ пользовании в каждом канале кода с основанием десять общее число кодовых комбинаций, которые необходимо передать, рав­ но 104. Каждая комбинация представляет четырехзначное деся­ тичное число. Например, число 3096 означает, что по первому каналу передается сигнал 3, по второму — 0, по третьему — 9* по четвертому — 6'.

Для передачи по линии связи все т" комбинаций, соответ­ ствующие всем возможным комбинациям значений сигналов в различных каналах, должны быть закодированы. При этом может быть использован различный код, независимо оттого, какой код использовался в каналах. Можно, например, все тп номеров комбинаций передавать двоичным кодом. Тогда число

бинаций передавать одноразрядным кодом с основанием тп. Примером практически применяемой двухканальной системы

связи с комбинационным разделением является система ДЧТ,. упоминавшаяся в § 2 гл. III. В этой системе для передачи четы­ рех возможных комбинаций используется четыре различных ча­ стоты, т. е. одноразрядный код с основанием четыре.

Для разделения сигналов должно быть произведено декоди­ рование на приемной стороне. С этой целью могут быть ис­ пользованы те же декодирующие устройства, что .и при КИМ. В системе ДЧТ разделение четырех частот производится с по­ мощью четырех фильтров. При появлении напряжения на выхо­ де того или иного фильтра приемник регистрирует такие значе-

» ния сигналов, которые соответствуют данной частоте.*

Общая -теория линейного разделения (краткие сведения)

В многоканальных радиосвязных устройствах практически применяются линейные методы разделения каналов. В теорети­ ческом отношении наиболее развита также теория линейного разделения. Теория разделения позволяет установить общие сврйства сигналов, пригодных для независимой передачи по ли­ нии связи [1], [3], [4,].

* В командных радиолиниях управления широко используется кодовое разделение каналов. При этом на передающей стороне сигналы различных каналов кодируются различными кодовыми комбинациями. На приемной сто­ роне различие кодовых комбинаций используется для разделения каналов. Примером кодовых комбинаций могут служить комбинации из трех импуль­ сов с одинаковыми для всех каналов временными интервалами между край­ ними импульсами и различными временными интервалами между средним и крайними импульсами. Здесь этот метод разделения не рассматривается.

3 8 1

В радиотехнических системах с непрерывной модуляцией пере­ носчиком является колебание несущей частоты. При импульс­ ной модуляции переносчиком является периодическая последо­ вательность импульсов. Коэффициент ск выражает сообщение, например, непрерывную медленно меняющуюся функцию вре­ мени или кодовую комбинацию, соответствующую передаваемо­

Разделяющее устройство можно представить в виде п избира­ тельных систем, каждая из которых выделяет сигнал данного канала и не реагирует на сигналы остальных каналов. Дейст­ вие избирательной системы, в результате которого происходит выделение i-того сигнала, будем обозначать оператором разде­ ления r t . Оператор Г( по отношению к функциям фА(Н обла­ дает следующим свойством:

Докажем, что необходимым и достаточным условием разде­ лимости сигналов при помощи линейной операции (8.18) являет­ ся их линейная независимость. Условие линейной независимо­ сти состоит в том, что равенство

может выполняться только в том случае, когда все коэффициен­ ты ск= 0. Если же указанное равенство выполняется при ск Ф 0, тогда сигналы будут линейно зависимыми и разделить их будет невозможно.

Доказательство проведем от противного. Предположим, что ■фА(^) зависимы, т. е. что равенство (8.19) выполняется хотя бы

•382

при одном ск = с1ф 0. Применив к обеим частям (8.19) операТ0Р Гi, получим

Пп

нении этого условия сигналы разделяются, так как с помощью

оператора Гt выделяется сигнал с*<!>,(*)■

Поясним установленные общие условия на примерах рас­ смотренных ранее методов линейного разделения. При частот­ ном разделении сигналы занимают неперекрывающиеся спект­ ры. Такие сигналы являются линейно независимыми. Общий

Оператором разделения Г{ является частотная характеристика поэтому операция частотного разделения может быть

записана следующим образом:

К. (/) р = К{ (/) Z7, + К, (/) F2+ •■- + Kt (/) Fa= F,

Отделение t'-того сигнала от других сигналов возможно только в том случае, если

Kt [J)= 1 для полосы частот Ft;

KL(/) = 0 для всех других частот.

При временном разделении в любой момент времени по ли­ нии связи передается толцко один сигнал, поэтому условие ли­ нейной независимости (8.19) будет иметь вид

менная характеристика коммутаторов П, равная единице при замыкании и нулю при размыкании.

Разделение каналов возможно также и в том случае, когда канальные сигналы образуют ортогональную систему функций. Условие ортогональности функций фА. (/) на интервале (а, Ь) записывается, как известно, в следующем виде:

' 383

Покажем, что это условие является достаточным. Пусть функ­ ции (£), кроме того, нормированы, то есть

Разделение сводится к нахождению коэффициентов разложения

/ > ( * ) = » f u ( t ) ^ ( t ) d i .

а

В результате разделения выделяется коэффициент ct , т. е. со­ общение i-того канала.

Отметим, что при разделении по частоте и по времени функ­ ции являются ортогональными. Для доказательства ортого- • нальности функций, с которыми приходится иметь дело при ча­ стотном разделении каналов, выразим эти функции с помощью интеграла Фурье:

оо

s/ (ш) cos mt dt\

о

1Г

=— \ sk {и>) cos mt dt,

о

где st-(w), sft(u>)— неперекрывающиеся спектры функций. Лег­ ко видеть, что условие ортогональности для фА(0 выпол­ няется. В самом деле,

так.как при достаточно большой разности частот ш— ш' [см. ус­ ловие (4.64),] функции cos и cosw'tf ортогональны, т. е. внут­ ренний интеграл равен нулю.

384

Ортогональность сигналов при временном разделении следу­ ет из того, что в любой момент времени отлична от нуля только функция, выражающая сигнал данного канала, и тождественно равны нулю функции, выражающие сигналы других каналов.

Ортогональность сигналов является достаточным, но не не­ обходимым условием для их разделимости. Так, при разделении до форме сигналы не ортогональны. Но они являются линейно независимыми и потому разделимыми.

§ 3. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Схема системы связи с частотным разделением каналов

Частотное разделение каналов (частотное уплотнение) на- „ходит широкое применение в многоканальных системах провод­ ной связи и радиосвязи, а также в телеметрии. Этот метод ос-

Рис. 8.14. Блок-схема многоканальной радиостанции с частотным разделением каналов

нован на использовании для каждого канала неперекрывающихся полос частот. Принцип построения радиостанции с ча-. стотным разделением каналов поясняется из рис. 8.14. Для каж­ дого канала применяется своя поднесущая частота, отличаю­ щаяся от других поднесущих частот. Каждая поднесущая моду­ лируется сообщением. В проводных линиях связи модулирован­ ные колебания поднесущих непосредственно передаются в ли­ нию связи. В радиолиниях колебания всех поднесущих усилив ваются в групповом усилителе и суммарное колебание исподь-' зуется для модуляции несущей частоты.

В радиостанции, изображенной на рис. 8.14, число каналов равно трем. Низкочастотные колебания микрофонов 1, 2, 3 с по­ мощью модуляторов М и М2, М3 модулируют колебания подне>- сущих частот fu f2, / 3. Сумма колебаний поднесущих частот по­ ступает на групповой усилитель ГУ и затем на общий модуля­ тор М, с помощью которого осуществляется модуляция коле­ баний несущей частоты.

На приемной стороне линейный сигнал детектируется, уси­ ливается в групповом усилителе и затем разделяется на ка­ нальные сигналы при помощи полосовых фильтров Ф|, Ф2>, Ф87 каждый из которых настроен на одну из поднесущих частот.

Детекторы Ди До,. Дз предназначены для выделения сообще­ ний соответствующих каналов.

Из принципа построения схемы, изображенной на рис. 8.14, следует, что при частотном уплотнении имеется две ступени мо­ дуляции. В первой ступени осуществляется модуляция колеба­ ний поднесущих частот, во второй — модуляция колебаний не­ сущей частоты. Детектирование также осуществляется в двух ступенях. Первая ступень детектирования предназначена для выделения колебаний поднесущих частот, вторая — для выде­ лений сообщений различных каналов.

Вид многоканальной системы связи с частотным уплотнени­ ем в значительной степени определяется видом. модуляции в первой и второй ступенях. Если в обеих ступенях применяется амплитудная модуляция, такую систему связи обозначают AM— AM, если частотная — ЧМ—ЧМ. Очевидно, могут быть постро­ ены также системы связи видов AM—ЧМ, AM—ФМ, ЧМ—AM и ЧМ—ФМ. Во всех случаях первые буквы определяют вид мо­ дуляции колебаний поднесущих частот, вторые буквы — вид модуляции колебаний несущей частоты.

При выборе вида модуляции приходится учитывать различ­ ные факторы: помехоустойчивость, ширину полосы частот, за­ нимаемую сигналом, взаимные помехи между каналами и т. п. В многоканальных устройствах различного назначения наиболь­ шее распространение имеют системы связи вида ЧМ—ЧМ, AM— ЧМ, а также ЧМ—ФМ.

Амплитудная модуляция колебаний несущей частоты в мно-' гоканальных радиолиниях обычно не применяется. Чаще для этой цели применяется частотная, а иногда фазовая модуляция. При этом обеспечивается более высокая помехоустойчивость связи и лучшая линейность амплитудной характеристики трак­ та, чем при амплитудной модуляции.

Для модуляции поднесущих частот также часто применяет­ ся частотная модуляция. Это позволяет уменьшить взаимное влияние между каналами. Но в целях сужения спектра сигнала в ряде случаев применяется амплитудная модуляция поднесу­ щих частот с подавлением колебаний второй боковой полосы и самой поднесущей частоты. Именно по такому принципу обыч­ но строятся системы частотного уплотнения, применяемые в про­ водной связи. Многоканальные радиорелейные линии тоже ча­ сто строятся по системе AM—ЧМ.

Помимо непрерывных телефонных сообщений, по многока­ нальным радиолиниям передаются также дискретные, .напри­ мер, телеграфные сообщения. Для каждого телеграфного кана­ ла, как уже говорилось в § 4, гл. III; используется своя подне­ сущая, лежащая либо в пределах речевого спектра, либо, выше его. В первом случае телеграфные сообщения передаются при отсутствии телефонного сообщения, причем каждый телефонный

386

канал может быть уплотнен 16—24 телеграфными каналами. Использование телефонных каналов для передачи по ним дру­ гих видов сообщений называется вторичным уплотнением. Во втором случае телеграфные и телефонные сообщения переда­ ются одновременно.

При уплотнении телефонных каналов телеграфными следует учитывать, что мощность всех токов, поступающих в телефон­ ный канал одновременно из всех телеграфных каналов, больше мощности разговорного тока. Поэтому вторичное уплотнение большим числом телеграфных каналов допускается лишь для части телефонных каналов (например, из 12 телефонных кана-

а) _ ПТЛТтт>>

лов для тонального телеграфирования допускается уплотнение одновременно не более 2 каналов).

Телефонные каналы радиорелейных линий часто использу­ ются также для вторичного уплотнения фототелеграфными со­ общениями (для одного сообщения используется весь телефон­ ный канал). Кроме того, они используются для передачи про­ грамм радиовещания и телевидения. С этой целью производится объединение нескольких или многих телефонных каналов в один при помощи специальной аппаратуры.'[5].

На рис. 8.15 показано размещение спектров частот двух те­ лефонных и двух телеграфных сообщений, а на рис. 8.16 изобра­ жена блок-схема радиостанции, предназначенной для одновре­ менной передачи этих сообщений. Телефонные сообщения кана­ лов поступают на дифференциальные системы (ДС), которые исключают прохождение принимаемых сигналов в тракт пере­ датчика. Принцип действия дифференциальных систем рассмат­ ривается ниже. Уровень сообщения первого телефонного кана­ ла ограничивается амплитудным ограничителем О. Затем с по­ мощью фильтра нижних частот ограничивается спектр сообще: ния. Ограничение уровня и частоты позволяет устранить поме­

хи другим каналам. С. выхода фильтра нижних частот низкоча­

Рис. 8.16. Блок-схема радиостанции с частотным раз­ делением каналов, работающей в режиме оконечной. Станция имеет два телефонных и два телеграфных канала

Колебания выделенной полосы частот также поступают на групповой усилитель передатчика.

Поскольку телеграфные сообщения передаются одновремен­ но с телефонными, поднесущие частоты f 2 и f 3 лежат за преде­ лами диапазона частот, отведенного для телефонных сообще­ ний (рис. 8.15,в и 8.15,г). В рассматриваемом случае применена

388

частотная манипуляция поднесущих (тональных) частот f2 и /з, которая осуществляется с помощью реле Р, воздействующих на генераторы поднесущих Г2 и Г3 и управляемых телеграфными ■аппаратами. Полосовые фильтры ПФ-3 и ПФ-5 выделяют спект­ ры телеграфных сигналов. С выхода этих фильтров колебания поступают на групповой усилитель.

Суммарный, т. е. линейный, сигнал усиливается в групповом усилителе передатчика до необходимой величины и модулирует, например, по частоте колебания несущей частоты. Таким обра­ зом, радиолиния построена по системе AM—ЧМ для телефон­ ных каналов и ЧМ—ЧМ для телеграфных каналов.

Процесс выделения частот при приеме сигналов происходит

частоты /2 и / 3 соответственно. С выхода фильтров колебания поступают на ограничители и затем на частотные детекторы, которые превращают колебания, манипулированные по частоте, в колебания, манипулированные по амплитуде. Продетектированные колебания воздействуют на реле, управляющие работой телеграфных аппаратов.

Схема, изображенная на' рис. 8.16, аналогична схеме, изоб­ раженной на рис. 3.24. Но в данном случае показано объедине­ ние передающей и приемной частей, как это обычно делается, в радиостанцию одного направления. В связи с этим возникает необходимость в дополнительных элементах, одним из которых является дифференциальная система.

Рассмотрим принцип работы дифференциальной системы. Ее упрощенная схема приведена на рис. 8.17. Дифференциаль­ ная система, как уже говорилось, позволяет устранить влияние принятого сигнала на передатчик, благодаря чему оказывается

389