книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи

фазы импульсов изменяется положение каждого импульса от­ носительно его положения при отсутствии модуляции в со­ ответствии с изменениями модулирующего сигнала, например, таким образом, что при возрастании модулирующего сигнала импульс смещается влево, а при убывании — вправо (рис. 2.23). То же самое происходит и при модуляции частоты импульсов, разница между этими двумя видами модуляции ФИМ и ЧИМ

Рис. 2.24. Частотные спектры модулированных последо­ вательностей импульсов

аналогична разнице между фазовой и частотной модуляцией. При модуляции фазы импульсов сдвиг импульса во времени от­ носительно немодулированного положения (или, иначе говоря, девиация фазы импульса) прямо пропорционален модулирую­ щему напряжению и не зависит от модулирующей частоты. При сдвиге импульсов изменяется и частота их повторения, причём изменение частоты повторения (девиация частоты) пропорцио­ нально не только модулирующему напряжению, но и его ча­ стоте.

При модуляции частоты повторения импульсов, наоборот, девиация частоты повторения не зависит от модулирующей час­ тоты, а сдвиг импульса во времени (девиация фазы) обратно пропорционален модулирующей частоте.

Анализ частотного спектра последовательности импульсов, модулированных по амплитуде, показывает, что в спектре при­ сутствуют (кроме постоянной составляющей) составляющая с частотой модуляции F, а также ряд составляющих с часто­ тами, кратными частоте повторения (/,-, 2 ft, 3 ^ . . . n f (, . . .

и т. д.), причём около каждой такой гармоники частоты повто­ рения, как около несущей при амплитудной модуляции, распо­ ложены составляющие боковых частот ft± F,2 ft± F,... n F,...

На рис. 2.24a изображён этот частотный спектр. Из рисунка хорошо видно, что выделение из спектра составляющей с часто­ той модуляции F с помощью фильтра возможно только в том случае, если нижняя боковая частота / , —F больше по величине, чем частота модуляции, т. е. (f{ —F)>F. В противном случае

составляющая нижней боковой частоты попадёт в полосу фильт­ ра и вызовет искажение передаваемого разговора.

Отсюда следует основное условие неискажённой передачи речи с помощью импульсной модуляции ^

fi ^ 2 Fмакс’

т. е. частота повторения импульсов должна быть больше удво­ енного значения максимальной частоты передаваемого разгово­ ра. Для передачи телефонного разговора в полосе частот 300 -4- 3400 гц частота повторения импульсов выбирается рав­ ной 8000 гц.

Частотный спектр при ШИМ отличается от спектра при АИМ

понент с увеличением числа т быстро убывают, поэтому компо­ ненты с частотами —2F, —3F и т. д., попадающие в полосу фильтра, не вызывают больших искажений разговора. Вслед­ ствие этого при ШИМ применяется такой же способ восстанов­ ления разговорных токов с помощью фильтра нижних частот, что и при АИМ.

При импульсно-фазовой модуляции (ФИМ) структура час­ тотного спектра такая же, как при ШИМ, но амплитуда состав­ ляющей с частотой модуляции F значительно меньше и, кро­ ме того, пропорциональна частоте модуляции. Поэтому непос­ редственное выделение этой составляющей из спектра с по­ мощью фильтра низких частот нецелесообразно.

Для восстановления разговорных токов при . ФИМ приме­ няют другой способ, заключающийся в том, что импульсы, моду­ лированные по фазе, сначала превращаются в импульсы, моду­ лированные по амплитуде или ширине, а затем уже применяют обычный способ восстановления.

При частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) амплитуда ком­ поненты с частотой модуляции в частотном спектре также мала, но не зависит от частоты модуляции. Способ восстановления разговорных токов может быть такой же, как при ФИМ.

Описанные выше виды модуляции импульсов относятся к таким видам модуляции, с помощью которых передаются так называемые непрерывные сообщения, т. е. сообщения (напри­ мер, разговорные токи), которые изменяются во времени непре­ рывно и характеризуются бесконечно большим числом мгновен­ ных значений. В отличие от непрерывного существует дискрет­ ное сообщение. Это такое сообщение, которое может принимать только определённое конечное число значений. Примером дис­ кретного сообщения является телеграфное сообщение.

Передачу непрерывного сообщения можно заменить переда­ чей дискретного сообщения, если передавать только определён­ ное конечное число уровней. Такой процесс называется кванто­ ванием. Очевидно, что при этом передача сопровождается ошиб-'

50

кой, тем меньшей, чем больше число передаваемых уровней, но зато преимуществом такого способа является возможность вос­ становления сигнала, искажённого помехой.

К способам передачи квантованных сигналов относятся опи­ сываемые ниже два вида импульсной модуляции: кодово­ импульсная модуляция (КИМ) и «дельта-модуляция», нашед­ шие некоторое применение в системах радиорелейной связи с временным уплотнением.

“При кодово-импульсной модуляции передаваемое сообщение (разговорный ток) сначала модулирует по амплитуде последо­ вательность импульсов канала, как при обычной АИМ, а затем каждый импульс последовательности кодируется, т. е. превращается в так называемую кодовую группу, состоя­ щую из определённой комбинации им­ пульсов и пауз. Импульсы в кодовой группе имеют одинаковые и постоян­ ные амплитуды и длительности, а из­ менение амплитуды кодируемого им­ пульса вызывает только изменение комбинаций импульсов и пауз в кодо­ вой группе.

Весь диапазон амплитуд импульсов, модулированных передаваемым сооб­ щением, разбивается на конечное чис­ ло ступеней, равное максимальному числу кодовых комбинаций, а каждая ступень передаётся соответствующей комбинацией, иначе говоря, передача непрерывного сообщения заменяется передачей дискретного, т. е. кодово­ импульсная модуляция является ви­ дом передачи квантованных сигналов. Кодовая группа состоит из двух эле­ ментов: импульса и паузы; такой код называется двоичным. Каждому ко­

довому импульсу в зависимости от его места в группе присваи­ вается определённое числовое значение передаваемого уровня. На рис. 2.25 показана кодовая группа из трёх импульсов, над импульсами показаны их числовые назначения, а под ними — по­ рядковые номера. Сумма числовых значений импульсов, присут­ ствующих в кодовой группе, определяет её кодовое значение, т. е. тот уровень модулирующего напряжения, который она пе­ редаёт. На том же рисунке показаны все возможные комбинации импульсов в группе, соответствующие восьми условным значе­ ниям передаваемого уровня от 0 до 7. Максимальное число им­ пульсов в кодовой группе (число знаков) определяет возможное число комбинаций или максимальное число уровней модулирую-

щего сообщения, которое можно передать. Максимальное число уровней равно 2" ,-где п — число знаков в кодовой группе.

Кодирование происходит таким образом, что импульс, амп­ литуда которого находится между двумя значениями передавае­ мого уровня, преобразуется в кодовую группу, числовое значе­ ние которой соответствует ближайшему из этих уровней. На приёмной станции производится декодирование, в результате которого каждая кодовая группа преобразуется в импульс с

шумом, вызванным неточным воспроизведением передаваемых уровней и называемым шумом квантования. Уровень этого шу­ ма тем меньше, чем больше знаков в кодовой группе. Для удов­ летворительного качества телефонной связи в кодовой группе должно быть не менее 6 или 7 знаков.

Многоканальная передача при КИМ осуществляется также путём уплотнения во времени, т. е. в промежутке между кодо­ выми группами одного канала передаются кодовые группы ос­ тальных каналов. Возможное число каналов при этом меньше, чем при обычных видах импульсной модуляции (АИМ, ШИМ, ФИМ, ЧИМ), так как вместо одного импульса передаётся целая группа из нескольких импульсов, т. е. время, отведённое на канал, должно быть больше.

«Дельта-модуляция» также является способом передачи квантованных сигналов. Особенность -этого- способа модуляции заключается в передаче не самих мгновенных значений сооб­ щения, а их приращений относительно предыдущего значения.

52

Принцип «дельта-модуляции» поясняет рис. 2.27. На пере­ дающей станции в специальном устройстве (компараторе) про­ изводится сравнение мгновенныхзначений передаваемого со­ общения U(t) в определённые фиксированные моменты времени (тактовые точки) со ступенчатой функцией q(t), создаваемой в устройстве, называемом интегратором. Моменты времени, во время которых производится сравнение, определяются импуль­ сами, генерируемыми генератором импульсов. Если в данный момент времени мгновенное значение передаваемого сообще­ ния больше значения ступенчатой функции в этот же момент, то на выходе передающего устройства появляется импульс, в

ление сообщения из этой функции производится с помощью фильтра.

Очевидно, что передача сообщений с помощью «дельта-мо­ дуляции» сопровождается искажениями (шум квантования), поскольку это передача с квантованием, как и при кодово-им­ пульсной модуляции. Уровень шума квантования определяется частотой следования делыа-импульсов: чем выше частота — тем ниже уровень шума.

Поэтому возможное число каналов при разделении их во времени при этом способе передачи также меньше, чем при обыч­ ных видах импульсной модуляции, поскольку частота повторе­ ния импульсов канала выше.

Далеко не все из описанных выше способов импульсной мо­ дуляции нашли широкое применение в практике многоканальной связи. Это объясняется различными свойствами и особенностя­ ми этих видов модуляции.

53

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) не обладает высокой помехоустойчивостью и поэтому не выдерживает срав­ нения с другими видами передачи. Широтно-импульсная моду­ ляция (ШИМ) выгоднее АИМ, так как обеспечивает более вы­ сокую помехоустойчивость. Это объясняется тем, что при ШИМ импульсы имеют одинаковую амплитуду, что позволяет приме­ нить в приёмнике амплитудные ограничители, устраняющие из­ менение амплитуды импульсов под действием помех. Действие помех проявляется только в паразитном изменении ширины импульса. .

То же самое преимущество имеет и фазово-импульсная мо­ дуляция, но при ФИМ длительность импульса остаётся неизмен­ ной, причём эта длительность может быть меньше, чем при ШИМ в отсутствии модуляции, следовательно, средняя мощ­ ность сигнала при ФИМ меньше, чем при ШИМ или, иначе го­ воря, помехоустойчивость ФИМ выше. Поэтому наибольшее применение в практике многоканальной связи получила фазовоимпульсная модуляция, хотя осуществление этого способа не­ сколько сложнее, чем АИМ и ШЙМ. АИМ и ШИМ применяются, главным образом, как промежуточные виды модуляции, напри­ мер при демодуляции ФИМ сначала преобразуется в ШИМ или АИМ. Иногда АИМ применяется и как основной вид модуляции, но в сочетании с частотной модуляцией несущей передатчика, что обеспечивает более высокую помехоустойчивость. Частотно­ импульсная модуляция (ЧИМ) совсем не употребляется, так как практическое осуществление её сложнее, чем ФИМ, а поме­ хоустойчивость ниже.

Кодово-импульсная модуляция и «дельта-модуляция» имеют весьма существенные преимущества перед обычными видами модуляции АИМ, ШИМ, ФИМ, ЧИМ в отношении помехоустой­ чивости. Эти преимущества обусловлены тем, что мгновенные значения сообщения передаются не посредством изменения ка­ кого-либо параметра импульсной последовательности (ампли­ туды, ширины, фазы или частоты), а комбинацией импульсов постоянной амплитуды, ширины и положения. Приёмник должен различить только присутствие или отсутствие импульса, поэтому помехи на выходе канала возникают лишь в случае пропадания импульса или появления ложного импульса под действием помех на входе приёмника. Вследствие этого обеспечивается высокая помехоустойчивость связи. Кроме того, импульсы сигнала, иска­ жённые помехой, можно регенерировать так же, как телеграф­ ный сигнал. Эта возможность важна для радиорелейных линий большой протяжённости, поскольку регенерация сигнала на про­ межуточных станциях позволяет в значительной степени умень­ шить накопление помех от станции к станции. Фактически един­ ственным видом помех при этих способах модуляции являются шумы квантования, уровень которых постоянен и не зависит от линии.

54

Практическое осуществление этих способов модуляции зна­ чительно сложнее, чем обычных, этим и объясняется ограничен­ ное применение их для связи.

§ 2.9. Построение оконечной аппаратуры временного уплотнения

Как уже упоминалось, наиболее широкое применение в прак­ тике получил способ фазово-импульсной модуляции. Блок-схема построения оконечной аппаратуры уплотнения с фазово-им­ пульсной модуляцией показана на рис, 2.28. Основным элемен­

следовательность им­ пульсов вырабатывается в своей цепи, отделенной от цепей дру­

гих каналов. Последовательность импульсов данного канала подаётся на канальный модулятор М, куда поступают также разговорные токи абонента с линии через устройства тональ­ ного вызова ТВ и дифференциальную систему ДС.

В модуляторе осуществляется модуляция последовательно­ сти импульсов данного канала разговорными токами, а модули­ рованные последовательности импульсов всех каналов с выхо­ дов канальных модуляторов собираются коллектором каналов КК, усиливаются в. групповом усилителе передачи и посту­

пают в линию.

Импульсы всех каналов, поступающие с линии, после уси­ ления в групповом усилителе приёма Уu подаются на времен­

ные селекторы каналов ВСК. На эти же селекторы подаются селекторные импульсы от генератора селекторных импульсов ГСИ, устройство которого аналогично устройству генератора канальных импульсов ГКИ.

Селектор канала ВСК отпирается только в том случае, если канальные импульсы, поступающие с линии, совпадают во вре-

55

мени с селекторными импульсами, подаваемыми от генератора ГСИ, и заперт всё остальное время. Таким образом, через селек­ тор ВСК проходят только импульсы данного канала. Для пра* вильной работы, аппаратуры необходимо, следовательно, чтобы генератор ГСИ приёмной станции работал синхронно с генера­ тором ГКИ передающей станции.

Синхронизация обеспечивается с помощью посылаемых в ли­ нию синхронизирующих импульсов. Эти импульсы, имеющие та­ кую же периодичность, что и канальные, но сдвинутые относи­ тельно них во времени, также вырабатываются генератором ГКИ, но поступают в линию через формирующее устройство ФСИ, где они приобретают какое-либо отличие от канальных импульсов, например по длительности.

В тракте приёма синхронизирующие импульсы отделяются от канальных с помощью селектора синхронизирующих импуль­

импульсов канала, выделенная на выходе ВСК, затем демодулируется, для чего импульсы подаются на фильтр нижних час­ тот ФИЧ. Разговорные токи, выделенные фильтром ФНЧ, уси­ ливаются усилителем низкой частоты УНЧ и поступают на диф­ ференциальную систему ДС.

Обычно временной селектор канала ВСК выполняет одно­ временно функции преобразователя ФИМ в ШИМ или АИМ для повышения эффективности демодуляции.

Важной частью аппаратуры уплотнения на передающей сто­ роне является генератор канальных импульсов. Схемы построе­ ния этого генератора могут быть весьма разнообразны. Наиболее распространённая схема и диаграммы напряжений, поясняющиееё работу, изображены на рис. 2.29.

Основным элементом схемы является задающий генератор импульсов ЗГИ, вырабатывающий последовательность импуль­ сов, частота повторения которых равна частоте повторения им­

56

ний, стабилизированный кварцем. Из этих колебаний вырабаты­ вается последовательность импульсов при помощи ограничителя амплитуды и специальных устройств формирования.

Этот генератор возбуждает генератор импульсов ГИ, посы­ лающий импульсы в линию задержки, время задержки этой ли­ нии равно периоду повторения импульсов одного канала (125 мксек). Импульс, прошедший через линию задержки, воз­ вращается на генератор импульсов и запускает его, таким, обра­ зом, генератор импульсов Г'И генерирует импульсы с частотой повторения, соответствующей одному каналу (период повторе­ ния равен 125 мксек).

Импульсы, бегущие вдоль линии задержки, искажаются по форме и поэтому непригодны непосредственно в качестве ка­ нальных импульсов. Они используются в качестве селекторных импульсов, выбирающих из всей последойательности импульсов ЗГИ импульсы данного канала. Для этого служат селекто­ ры СК, присоединённые к линии задержки через равные интер­ валы вдоль её длины.

Селектор СК представляет собой лампу,, находящуюся в за­ пертом состоянии. На две сетки лампы подаются селекторные импульсы с линии задержки и импульсы от задающего генера-' тора. При совпадении во времени селекторного импульса с им­ пульсом задающего генератора селектор СК отпирается и про­ пускает импульс. Это поясняется диаграммой на нижней части рис. 2.29, где линия 0—0' — порог отпирания лампы селектора.

Таким образом, с выходов селекторов СК снимаются после­ довательности импульсов всех каналов.

Достоинством описанной схемы генератора является боль­ шая фазовая точность и стабильность импульсов канала, по­ скольку импульсы канала получаются из общей последователь­ ности импульсов, генерируемых стабильным генератором ЗГИ.

Генератор селекторных импульсов ГСИ приёмной части ап­ паратуры уплотнения по своему устройству аналогичен генера­ тору канальных импульсов ГКИ передающей части аппаратуры. Основное отличие его заключается в том, что для получения се­ лекторных импульсов используются принимаемые синхронизи­ рующие импульсы, чтобы обеспечить синхронную работу ГСИ и ГКИ, а не импульсы, вырабатываемые специальным задаю­ щим генератором.

На рис. 2.30 изображены блок-схема генератора селекторных импульсов н диаграммы напряжений, действующих в этой схеме. Принимаемые импульсы всех каналов с выхода приёмника по­ ступают на селектор синхронизирующих импульсов СИ, кото­ рый выделяет из всей последовательности импульсов только син­ хронизирующие импульсы, подаваемые далее на задающий ге­ нератор ЗГИ и генератор импульсов ГИ.

Генератор импульсов ГИ, возбуждаемый синхронизирующи­ ми импульсами, вырабатывает импульсы той же частоты повто-

57

рения (равной частоте повторения импульсов канала), но боль­ шей длительности. Эти импульсы подаются на линию задержки, в которой время пробега импульса равно 125 мксек (период одного канала). От линии задержки через равные интервалы сделаны отводы 1, 2, 3 . . ., причём время пробега импульса между двумя отводами равно интервалу времени между им­ пульсами соседних каналов. Поэтому снимаемые с этих отво­ дов импульсы сдвинуты во времени на величину канального промежутка. Однако эти импульсы не могут непосредственно

рис. 2.29. Селектор отпирается в том случае, если импульс, по­ ступающий с линии задержки, совпадает во времени с импуль­ сом, поступающим от ЗГЙ. Таким образом, на выходе селекто­ ров С-1, С-2 . . . получаются селекторные импульсы правильной

формы, которые далее подаются на временные селекторы кана­ лов ВСК. Обычно селекторы С-1, С-2 . . . объединяются с вре­ менными селекторами каналов.

Синхронная работа ГСИ и ГКИ, как уже упоминалось, до­ стигается посылкой в линию специальных синхронизирующих импульсов, которые по какому-либо признаку отличаются ог канальных, чтобы их можно было выделить с помощью селек­ тора'’синхронизирующих импульсов СИ. Наиболее простое от­ личие— это отличие в длительности, при этом синхронизирую­ щие импульсы имеют обычно большую длительность, чем ка­ нальные. Часто применяется другой способ отличия, при кото-

58