книги из ГПНТБ / Константинов П.А. Авиационная радиосвязь

характеристики тракта вызывает незначительные нелинейные искажения. Основное значение имеет нелинейность фазовой характеристики. Эта нелинейность сильнее проявляется при больших девиациях, частоты и высоких модулирующих часто­ тах. При заданной девиации частоты нелинейные искажения увеличиваются с повышением частоты модуляции.

В системе связи ЧМ—ЧМ модулирующими являются подне­ сущие частоты. По мере повышения поднесущих частот нели­ нейные искажения будут увеличиваться*. Это обстоятельствоследует учитывать при оценке перекрестных искажений.

Применение ЧМ поднесущих дает выигрыш и при помехах типа перекрестных искажений. Если перекрестные искажения имеют характер флуктуационных шумов, выигрыш в соответст­

частотной модуляции в данном канале поднесущей. В целях уменыпешия перекрестных искажений необходимо увеличивать

. Но при увеличении Ргпридется повышать значения подне­ сущих частот f t (гл. VIII, § 3). Это может привести к увеличе­ нию нелинейности фазовой характеристики высокочастотного, тракта и к увеличению перекрестных искажений в системе ЧМ—ЧМ. Если же характеристика высокочастотного тракта до­ статочно линейная, тогда уровень перекрестных искажений при ЧМ поднесущих может быть существенно снижен. Это позволит устранить взаимное влияние каналов при более низких требо­ ваниях к разделительным фильтрам и к линейности характери­ стик элементов системы связи по сравнению с требованиями, которые должны быть предъявлены при AM поднесущих.

большими. Но при сложении поднесущих колебаний в этом слу­ чае может возникнуть перемодуляция, вследствие чего уровень перекрестных помех возрастет. Отсюда следует, что амплиту­ ды Umi необходимо выбирать из компромиссных соображений в соответствии с требованиями к перекрестным искажениям и к помехоустойчивости по отношению к флуктуационным шумам.

Перекрестные искажения при временном разделении каналов

Из предыдущего известно, что спектр импульсов в системе с временным разделением каналов содержит бесконечное число составляющих. Однако полоса пропускания системы связи яв­

* Отсюда, между прочим, следует, что связь между входным и выход­ ным напряжениями, строго говоря, является функцией частоты и не является постоянной, как это предполагалось при написании уравнения (8.44).

4 2 0

ляется конечной и через нее проходит лишь часть составляющих спектра. Это приводит к затягиванию и перекрытию отдельных импульсов, в результате чего возникают перекрестные искаже­ ния. Их называют перекрестными искажениями первого рода. Причиной перекрестных искажений может служить ограничен­ ность полосы как видеотракта, так и радиотракта. При низкой стабильности частоты полоса пропускания радиотракта берется шире минимально необходимой полосы. Тогда перекрестные ис­ кажения будут возникать из-за ограниченности полосы видео­ тракта.

Возникновение перекрестных искажений иллюстрируется на рис. 8.30. Из этого рисунка видно, что перекрытие импульсов

При ДИМ и ФИМ расстояние между импульсами изменяет­ ся, поэтому воздействие данного импульса на последующий так­ же будет изменяться. Наибольшее воздействие будет, очевидно, в момент наибольшего сближения импульсов.

Степень взаимного влияния каналов оценивается коэффици­ ентом защищенности канала от перекрестных искажений (от переходных помех), который определяется как отношение по­ лезного эффекта модуляции в данном канале к вредному эф­ фекту модуляции, создаваемому за счет влияния других кана­ лов. Например, при ФИМ коэффициент защищенности канала равен

где tm — максимальная девиация импульсов. Защищенность канала от перекрестных искажений часто оценивают затухани­ ем перекрестных искажений в неперах

\1п Аз неп-

Втехнике многоканальной связи величину Ь3 называют затуха­ нием переходных разговоров.

Различные методы определения перекрестных искажений из­ ложены в [6], [7].

Рассмотренные перекрестные искажения за счет перекрытия импульсов возникают практически лишь между соседними ка­ налами. Для уменьшения таких искажений необходимо иметь

421

защитный промежуток, т. е. некоторое расстояние между им­ пульсами соседних каналов в момент их наибольшего сбли­ жения.

Ограниченность полосы тракта со стороны высоких частот является не единственной причиной возникновения перекрест­ ных искажений. Другой причиной является ограниченность по­ лосы видеотракта со стороны низких частот. До сих пор пред­ полагалось, что частотная и фазовая характеристики видео- ■ тракта на низких частотах являются идеальными вплоть до F = 0. Между тем, практически это не выполняется. В области достаточно низких частот частотная характеристика имеет за­ вал, а фазовая характеристика перестает быть линейной. Это приводит к искажению спектра модулированных видеоим­ пульсов.

Указанные искажения проявляются при тех видах импульс­ ной модуляции, при которых в спектре модулированных видео­ импульсов содержатся составляющие модулирующих частот.- К таким видам модуляции относятся, как известно, АИМ и ДИМ. При ФИМ в спектре импульсов также содержатся со­ ставляющие модулирующих частот, но их уровень значительно-, меньше, поэтому искажения таких составляющих менее опасны.

Искажение низкочастотных составляющих также приводит к перекрестным искажениям. Такие искажения, в отличие от ра­ нее рассмотренных, называются перекрестными искажениями второго рода [7]. Важной отличительной особенностью перекре­ стных искажений второго рода является то, что они возникают не только между соседними каналами, но также и между кана­ лами, далеко отстоящими друг от друга. С целью уменьшения этого рода искажений необходима коррекция частотных и фазо­ вых характеристик тракта в области низких модулирующих час­ тот. Можно показать, что эти искажения уменьшаются при уве­ личении крутизны фронтов импульсов, для чего полосу видео­ тракта следует брать широкой. Но ее нет смысла брать сущест­ венно больше половины ширины полосы радиотракта, так как тогда крутизна фронтов импульсов будет определяться полосою радиотракта.

Нормальное значение затухания переходных разговоров должно быть порядка 6 — 7 неп (50—60 дб). При этом учиты­ ваются перекрестные искажения как первого, так и второго рода.

§ 6. СРАВНЕНИЕ ЧАСТОТНОГО И ВРЕМЕННОГО МЕТОДОВ РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ

При выборе одного из двух указанных методов уплотнения необходимо учитывать их преимущества и недостатки. В радиосвязных системах, особенно при большом числе каналов, чащеприменяется частотное уплотнение. При сравнительно неболь­

422

шом числе каналов для передачи речевой и телеметрической информации широко применяется временное уплотнение.

В настоящее время имеются радиорелейные линии, рассчи­ танные на одновременную передачу до 1000—2000 речевых со­ общений. Легко показать, что при временном уплотнении ли­ нию с таким большим числом каналов построить невозможно. В самом деле, из гл. VII, § 1 известно, что при передаче речевых сообщений одним из импульсных методов модуляции частотаотсчета должна в несколько раз превышать максимальную ча­

стоту модуляции. Часто берут F0= 8 кгц, тогда Т0 = — — сек=

= 125 мксек. Если число каналов п=;1000, время, отводимое

125

на каждый канал, будет равно Тк= ------- = 0,125 мксек.

1000

Этот интервал времени должен включать длительность им­ пульса, участок для перемещения импульса во времени при мо­ дуляции и защитный промежуток. Следовательно, длительностьканального импульса должна измеряться сотыми долями мик­ росекунды, а точность синхронизации — тысячными долями. По­ лоса частот, занимаемая сигналом, будет иметь порядок сотен мегагерц. Создать такую систему при современном уровне тех­ ники невозможно. Поэтому временное уплотнение применяется при небольшом числе телефонных каналов — до п — 16—24.

В телеметрических системах временное разделение каналовприменяется при передаче медленно меняющихся сообщений.: Разделение каналов в этом случае осуществляется механиче-. ским коммутатором, причем общая частота коммутации обыч­ но не превышает 1000— 1500 гц. При частоте отсчета F0 = 50 гц число каналов будет равно п = 20—30.

При передаче быстро меняющихся сообщений часто приме­ няют частотное .разделение каналов. В этом случае отпадает надобность в коммутаторе с большой скоростью коммутации. Однако из-за нелинейности тракта в системах с частотным раз­ делением каналов возникают перекрестные искажения. В систе­ мах с временным разделением каналов от перекрестных искаже­ ний избавиться проще и эти системы тоже часто применяются.

В -последнее время все более широко начинают применяться системы с КИМ. Помимо высокой помехоустойчивости, эти си­ стемы удобны с точки зрения машинной обработки информации.

При обеспечении связи часто возникает необходимость сое­ динения радиорелейной линии с проводной. В проводных систе­ мах связи применяется частотное уплотнение. Если в радиоли­ нии также применяется частотное уплотнение, тогда она может непосредственно соединяться с проводной линией по группово­ му тракту без переприема по низкой частоте. Для соединения же радиолинии, имеющей временное уплотнение, с проводной ли­ нией необходимо осуществлять полный переприем по низкой

423

ГЛАВА IX

МЕТОДЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ РАДИОСВЯЗИ

§ I. РАЗНЕСЕННЫЙ ПРИЕМ

Ранее указывалось, что на коротких волнах сигнал в точке приема образуется в результате интерференции многих состав­ ляющих. Такое же положение имеет место и при дальней связи на ультракоротких волнах. Это вызывает непрерывные измене­ ния уровня сигнала, называемые замираниями. Наличие зами­ раний ограничивает дальность радиосвязи.

Одним из наиболее распространенных методов борьбы с за­ мираниями является разнесенный прием. При разнесенном при­ еме сигнал в месте приема воспроизводится по нескольким сиг­ налам, каждый из которых изменяется в значительной степени независимо от другого. В силу независимости изменения уров­ ней различных сигналов вероятность их одновременного зами­ рания будет значительно меньше вероятности замирания одно­ го сигнала. Благодаря этому при разнесенном приеме вредное действие замираний уменьшается.

Независимость изменения различных сигналов достигается за счет применения того или иного метода разнесения: прост­ ранственного, частотного, временного, поляризационного, угло­ вого.

Наиболее широкое применение находит метод пространст­ венного разнесения. В этом случае производится прием на не­ сколько антенн, установленных на некоторых расстояниях друг

•от друга. Если расстояния между антеннами достаточно вели­ ки, уровни сигналов в местах расположения антенн будут из­ меняться независимо друг от друга. Опытом установлено, что в системах связи с пространственным разнесением при рассто: яниях между антеннами порядка 30—50 длин волн коэффициент

и может выбираться произвольным. Лишь незначительные пре­ имущества имеет разнесение вдоль распространения радио-v волн.

425

В зависимости от кратности разнесения количество антенн может быть равно двум, трем и более. Количество приемников обычно берется равным количеству антенн. Можно применить переключение антенн и обойтись одним приемником. Но в такой системе на выбор антенны с наиболее сильным сигналом будет затрачиваться определенное время.

Частотное разнесение заключается в одновременной переда­ че сигналов по нескольким каналам, работающим на различ­ ных частотах.

При частотном разнесении п приемников одновременно при­ нимают сигналы п передатчиков, работающих на различных ча­ стотах. При достаточно большой разности частот замирания сигналов будут независимы. Это и используется для борьбы с замираниями. Эксперимент, проведенный на трассах различ­ ной протяженности (800; 1500; 4000 км) и на различных часто­ тах (7—20 Мгц), показывает, что при разнесении частот на 500— 1000 гц глубина замираний уровня сигнала при сдвоенномприеме получается значительно меньше, чем при одинарном приеме [1]. Но этот метод разнесения связан с необходимостью увеличения числа частот и поэтому не получил широкого рас­ пространения.

Временное разнесение заключается в использовании одного комплекта приемо-передающей аппаратуры несколько раз в разное время, т. е. при различных условиях распространения. Этот метод удлиняет время передачи. Он применим лишь в тех случаях, когда'производится запоминание и сопоставление при­ нятых в различное время сообщений.

При поляризационном разнесении два приемника принима­ ют сигналы с различной поляризацией — вертикальной и гори-,

ний коэффициент корреляции между изменениями уровней на выходе антенн с различной поляризацией получается небольшим (0,1—0,5), примерно таким же, как и при пространственном раз­ несении. Поэтому повышение устойчивости радиосвязи в обоих случаях будет примерно одинаковым. Поляризационное разне­ сение применяется сравнительно редко, лишь при использова­ нии простейших антенн (диполей). При более сложных направ­ ленных антеннах возникают трудности реализации приема вер­ тикально поляризованного луча.

При угловом разнесении приемники принимают сигналы, от­ личающиеся по углу прихода луча в горизонтальной или верти­ кальной плоскостях. Этот метод применяется при дальней свя­ зи на УКВ (гл. IX, §3).

Суммарный сигнал u(t) при любом методе разнесения пред­ ставляет линейную комбинацию отдельных сигналов дгг (t), каж­ дый из которых есть сумма полезного сигнала и шума

426

и входит в общую сумму с некоторым коэффициентом ct :

где n — кратность разнесения.

Значения коэффициентов ct в выражении (9.2) могут бытьразличными в зависимости от способа сложения, т. е. от способа образования (комбинирования) суммарного сигнала из отдель­ ных сигналов.

Известны три основных способа сложения: автовыбор наи­ большего сигнала, оптимальное сложение сигналов, линейное сложение сигналов. Рассмотрим кратко принципы осуществле­ ния указанных способов сложения.

Автовыбор заключается в том, что в любой момент из всех сигналов используется наибольший. Для канала с наибольшим. сигналом в данный момент ct — \, для всех остальных каналов- в этот момент с,-= 0. Автовыбор называют.также селективным сложением.

Блок-схема приемного устройства с автовыбором примени-, тельно к двукратному разнесению изображена на рис. 9.1. Сиг­ налы . с выхода обоих приемников поступают на устройствосравнения, где они сравниваются по уровню. К выходному уст­ ройству управляющее устройство подключает приемник с боль­ шим уровнем сигнала, а другой приемник в это время отклю­ чается.

Устройство сравнения помещается либо до детектора, либо' после детектора. Принцип его действия может быть различным. На рис. 9.2 приведена схема устройства сравнения-, помещаемо­ го до детектора и действующего от высокочастотных напряже­ ний. Если напряжение от первого приемника больше, чем от второго приемника, напряжение на участке аб будет положи-/

4 2 7 ,

тельным. Если же напряжение от первого приемника меньше, чем от второго приемника, напряжение на участке аб будет отрицательным. Выходное напряжение устройства сравнения может быть использовано для переключения реле и управляю­ щего устройства. В результате к выходному устройству под­ ключается приемник с большим напряжением.

В целях уменьшения искажений время коммутации устрой­ ства автовыбора должно быть малым. За счет усложнения схе­

ем ограничителей в приемниках. Очевидно, что устройство срав­ нения должно располагаться до ограничителей.

Вторая особенность связана с необходимостью устранения искажений сигнала при переключении каналов. Если управля­ ющее устройство располагается раньше частотного детектора, тогда при быстром переключении каналов одна часть элемен­ тарного импульса будет проходить через фильтр частотного де­ тектора первого приемника, другая часть — через фильтр ча­ стотного детектора второго приемника. В таком случае фильтры частотных детекторов должны рассчитываться на пропускание импульсов, более коротких, чем длительность элементарного импульса. Так, если 10% времени элементарный импульс будет иметь больший уровень в первом канале, а 90% времени — во втором канале, фильтры должны пропускать импульсы дли­ тельностью 0,1 т0. Во избежание искажений таких коротких им­ пульсов полосы фильтров пришлось бы взять' в 10 раз более широкими, чем это необходимо для пропускания элементарных импульсов длительностью т0, что привело бы к существенному увеличению уровня шумов и понижению помехоустойчивости. Отсюда следует, что управляющее устройство необходимо рас­ полагать после частотного детектора (рис. 9.3). При этом дроб­ ление импульсов в фильтрах частотного детектора не возникает и расширение полосы фильтров не требуется.

Помехоустойчивость разнесенного приема характеризуется увеличением отношения сигнал/шум на выходе системы по срав­ нению с одинарным приемом. Поясним, как следует определять это отношение.

428

где s(t) — исходный передаваемый сигнал;

.A-i— эффективный уровень сигнала, изменяющийся во времени вследствие наличия замираний.

Скорость изменения исходного сигнала s(t) можно считать, значительно больше скорости изменения AL.

При оценке помехоустойчивости разнесенного приема прихо­ дится оперировать со средними значениями отношения сигнал/шум. Поскольку скорости изменения s{t) и Аг различны,, следует различать два интервала усреднения. Обозначим их че­ рез Т и 7У

Интервал Т выбирается значительно больше периода изме­ нения s(t), но меньше периода изменения Аг Если «ПО есть сигналы высокой или промежуточной частоты, интервал Т дол-

Р ис. 9.3. Блок-схема приемного устройства с автовыбором при частотной манипуляции

жен быть больше нескольких микросекунд или десятков микро­ секунд. Если uL{t) — сигналы низкой частоты, Т должно быть, больше нескольких миллисекунд. При усреднении на этом ин­ тервале величина А{ может считаться постоянной:

Ради удобства будем считать, что среднеквадратичное значениепередаваемого сигнала

429-