Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

Из соотношения (14.13) следует, что полоса пропускания тракта шире оптимальной по Сифорову на 2Ра. Поэтому увеличение девиации частоты Ра при заданной скорости телеграфирования ухудшает отношение сигнал-шум в высокочастотном тракте прием-

ника.

Выделение сигналов нажатия и огжагия можно осуществить одним из следующих способов: непосредственным детектировани-

во избежание амплитудных преобладаний сигналов. Выполнение этих условий вызывает существенные затруднения.

На практике получил широкое распространение способ различения сигналов с помощью канальных фильтров [31]. Структурная схема приемника сигналов ЧМ с различением сигналов канальными фильтрами изображена на рис. 14.10.

Высокочастотный тракт выделяет спектр желательного сигна- ла ЧМ в полосе частот АРо. На выход тракта (обычно на проме-

жуточной частоте) включается преобразователь частоты. Преобразователь частоты выполняется, как правило, на диодах, поскольку при выключенном гетеродине он может служить детектором АМС. В связи с этим можно обеспечить унификацию тракта для двух

видов манипуляции: амплитудной и частотной. Выходное напряжение преобразователя поступает к двухстороннему ограничителю по максимуму. Ограничитель поддерживает постоянство размаха вы-

ходного сигнала. Это постоянство необходимо для нормальной работы телеграфного аппарата и тонманипулятора. В ограничителе,

341

Номехоустойчивость приема сигиалов ЧМ

Найдем вероятность ошибки приема сигналов ЧМ. Здесь, так же как и при приеме сигналов АМ, наблюдаются ошибки двух типов: ложный сигнал и пропуск сигнала. Эти ошибки обусловлены тем, что сумма напряжений сигнала и помехи в рабочем канале окажется меньше напряжения помехи в нерабочем канале. Вероятность ошибки типа ложного сигнала равна произведению вероят“

ности передачи отрицательной посылки а на вероятность &(рено <рин) того, что сумма сигнала и помехи в канале отжатия ока-

жется меньше помехи в канале нажатия Вс =ай (ре.ло< Рин).

Вероятность пропуска сигнала равна вероятности. передачиположительной посылки В на вероятность того, что сумма сигнала

°иИ помехи в канале нажатия будет меньше помехи в канале отжа-

Поскольку сумма вероятностей а--В=1, Во=й (Реп< ры). Вероятность того что напряжение помехи в нерабочем канале

Ри окажется больше суммы напряжения сигнала и помехи в рабо-

чем канале рег, будет равна произведению вероятности превышения помехой уровня рен на вероятность существования суммы сиг-

нала и помехи на уровне реп в интервале Арест, т. е.

0Ре.п

где (р) =рехр(—р?/?2),

Сравнивая выражения (14.15) и (14.12), можно сделать вывод о том, что вероятность ошибки при ЧМ уменьшается с увеличени-

ем отношения мощности сигнала к мощности шума быстрее, чем при приеме АМ. Видно также, что при одинаковых отношениях

сигнала к помехе помехоустойчивость приема ЧМ выше АМ.

В реальных условиях эксплуатации система ЧМ дает существенно лучшие результаты чем система АМ, так как здесь не тре-

`буется устанавливать оптимальный порог ограничения, изменяю-

щийся при изменении уровня напряжения сигнала, и облегчается работа АРУ приемника.

Нрием сигналов двойной частотной манипуляции

Система многоканального частотного телеграфирования была предложена А. Н. Щукиным и усовершенствована И. Ф. Агаповым.

Сущность ее состоит в том, что по линии связи с помощью одного передатчика и одного приемника могут независимо передаваться

телеграфные сообщения от й аппаратов. Каждой комбинации передаваемых посылок от п источников сообщений соответствует из-

лучение колебаний на одной фиксированной частоте. Поскольку в телеграфных аппаратах используется двухпозиционный сигнал, число возможных комбинаций посылок от п аппаратов равно 2”.

Из-за значительного увеличения требуемой полосы частот канала евязи при большом числе аппаратов на практике широкое рас-

пространение получил двухканальный вариант— система двойной частотной манипуляции (ДЧМ).

343

Системе ДЧМ свойственно лучшее использование передающего оборудования по сравнению с системой ЧМ. В системе ЧМ при работе двух аппаратов необходимо одновременное излучение ко-

лебаний на двух частотах. В системе ДЧМ одновременно излучает- ся сигнал только на одной частоте. При ДЧМ передатчик излучает колебания на одной из четырех частот, соответствующих всем возможным комбинациям посылок телеграфных аппаратов. Распределение частот между комбинациями посылок телеграфных ап-

паратов может быть произвольным. На практике считают наиболее удачным распределением частот такое, при котором, во-пер-

вых, рабочий режим одного из аппаратов требует реализации ми-

нимальной полосы пропускания приемника и, во-вторых, ошибочная настройка гетеродина в преобразователе частоты создает об-

ратную работу в обоих каналах. Если определить частоты так, как изображено на рис. 14.11, то указанным двум требованиям удовлетворяет расстановка частот, соответствующая табл. 14.1.

Для разделения сообщений в приемнике сигналов ДЧМ приме- няется дешифратор, состоящий из канальных фильтров с частотами настройки, соответствующими расположению рабочих частот передатчика и диодного распределителя сигналов. Расположение преобразованных частот в УПЧ приемника показано на рис. 14.12.

344

Канальные фильтры подключены к восьми детекторам на дио-

дах Д,—Дз, попарно работающим на общие нагрузки, связанные через фильтры нижних частот с приемными телеграфными аппара-

тами. Нормальная работа телеграфных аппаратов достигается при условии подачи на их входы напряжений, полярность которых со-

гласована с полярностью посылок передающих аппаратов. Нажатия приемных аппаратов фиксируются при положительной полярности напряжений, подводимых к зажимам Н,—Но. Отжатие фиксируется при подаче напряжений с положительной полярностью к другим входным зажимам—к О,—0О5. Поэтому, если излучается сигнал |, соответствующий согласно табл. 14.1 отжатию обоих передающих аппаратов, то с выхода канального фильтра РЁ, напряжение должно подводиться через диоды Д: и Д2 к входным зажимам О,—0О5 оконечных аппаратов. Остальные соединения, изо-

браженные в схеме дешифратора (см. рис. 14.13), выполнены согласно значению частот излучаемых сигналов (табл. 14.1[).

Прием сигналов ДЧМ сопровождается специфическими искажениями.

1. При асинхронной работе телеграфных аппаратов появляются переменные временные преобладания посылок. Это вызывается тем, что при асинхронной работе время существования некоторых комбинаций посылок оказывается существенно меньше длительности нормальной телеграфной посылки. За это время напряжение на выходе соответствующего канального фильтра не успевает достигнуть нормальной величины. Это приводит к пропуску данной комбинации сигналов в дешифраторе.

2. В процессе изменения кодовых комбинаций частота колебаний, излучаемых передатчиком, может проходить через одно

345

(например, от | к [з) или два (от Н к |) дискретных значения. При таком изменении частоты сигнала происходит ударное возбуждение колебаний в промежуточных канальных фильтрах. Эти ко-

лебания, обусловленные манипуляцией в передатчике, называют манипулятивными помехами. Для борьбы с манипулятивными по-

мехами обычно используются фильтры нижних частот, включаемые на выходе детекторов (рис.14.13). Граничная частота этих фильтров равна оптимальной полосе пропускания для данной скорости

телеграфирования. В этом случае напряжение на выходе фильт- ра за время, равное длительности элементарной посылки, не успе-

вает достигнуть установившейся величины. Поэтому за время пе-

рехода от одного значения частоты к другому, минуя настройку промежуточного канального фильтра, напряжение на выходе ока-

жется значительно меньше нормального. В результате будет ис-

ключено ложное срабатывание аппаратов за счет манипулятивных помех.

Нрием сигиалов относительной фазовой манипуляции

Система ЧМ, использующая излучение сигналов на двух частотах, занимает широкую полосу частот (приблизительно в 2 раза больше требуемой для АМ), из-за чего к детектору поступает

вдвое больше мощности шума.

Уменьшение мощности шума, подводимого к детектору при той же скорости телеграфирования, возможно лишь нри фазовой манипуляции (ФМ) сигнала, предложенной А А. Пистолькорсом.

При этом методе манипуляции передатчик излучает колеба-

ния на одной и той же частоте, причем позитивным посылкам (нажатию на телеграфном аппарате) соответствует одна фаза коле-

баний, а негативным (отжатию) — излучение несущего колебания со сдвигом на 180°. Для детектирования таких сигналов в приемнике используется фазовый детектор с синхронным гетеродином. Изменение фазы входного сигнала на угол л приводит к изменению полярности выходного напряжения.

Подобная система ФМ неустойчива в эксплуатации, так как из-за изменения фазы сигнала, вызванного изменением условий распространения радиоволн, и фазы синхронного гетеродина происходит нарушение нормального приема сигналов.

Система относительной фазовой манипуляции (ОФМ) лишена

основных эксплуатационных недостатков, свойственных системе ФМ. В системе ОФМ изменение фазы сигнала при переходах от

одной элементарной посылки к другой происходит лишь в том случае, если следующая передаваемая посылка будет позитивной. При переходе к передаче негативной посылки сохраняется преж-

няя фаза сигнала.

На рис. 14.14 изображены временные графики напряжений, иллюстрирующие принцип работы системы ОФ. Допустим, что передается следующая комбинация посылок телеграфного аппарата:

346

«+ — — +—>». Напряжение модуляции Им, соответствующее этой

комбинации, представлено на рис. 14.14, а.

Для приема сигналов ОФМ используется фазовый детектор (ФД), в котором в качестве опорного напряжения используется принятый сигнал с задержкой на время передачи одной элементарной посылки. Структурная схема дешифратора изображена на

рис. 14.15.

График напряжения из, подводимого в качестве опорного на-

пряжения фазового детектора, изображен на рис. 14.14,в. Выход- ное напряжение фазового детектора будет положительным при одинаковых фазах входного и опорного колебаний на входах фазового детектора и отрицательным— при сдвиге фаз, равном л.

На рис. 14.14,г изображен график выходного напряжения фазо-

пряжений и! и и2 одинаковы, поэтому выходное напряжение в этих интервалах имеет положительную полярность. В интервалах 3, 4,

6 фазы напряжений и; и и2 противоположны, поэтому выходное напряжение имеет отрицательную полярность.

Существенным преимуществом системы ОФМ является то, что в качестве опорного напряжения фазового детектора используется принятый сигнал, задержанный на время элементарной посылки. Поэтому ошибка, обусловленная расхождением фаз опорного и входного напряжений, может возникнуть лишь в случае, если фа-

зовый сдвиг, близкий к л/2, накопится за время, равное длитель- ности элементарной посылки. Естественно, что при этом существенно снижаются требования к временной стабильности фазы при-

нимаемых сигналов.

Система ОФМ получила распространение как помехоустойчивая система многоканального телеграфирования. Применяя различные поднесущие частоты с интервалом через 110 Гц в одном

347

стандартном телефонном канале с полосой около 3 кГц и квадратурную’ модуляцию этих частот, можно получить 40 узкополосных

каналов с общей скоростью телеграфирования около 2000 Бод.

14.3. Искажения, обусловленные многолучевым распространением радиоволя, и методы борьбы © ними

На коротковолновых линиях связи чаще всего наблюдаются

беспорядочные изменения уровня сигнала, обусловленные многолучевым распространением радиоволн [43]. Несколько лучей, при-

шедших к месту приема разными путями, различаются по фазе и поэтому интерферируют. Медленные замирания, происходящие с

частотой существенно ниже частоты модуляции, устраняются системой АРУ. Быстрые замирания сигнала, свойственные многолучевому распространению радиоволн, могут иметь частоту, близкую к изменениям уровня сигнала за счет модуляции. В этих условиях система АРУ не в состоянии устранить искажения сигнала, обусловленные замираниями. Устранение этих искажений осуществляется применением систем разнесенного приема, основой которых

является использование того факта, что замирания сигналов одной и той же станции, прошедших тракт распространения радио-

волн в разных условиях, оказываются некоррелированными. Поэтому можно скомбинировать эти сигналы так, чтобы обеспечить

лов.

По принципу работы: системы с автовыбором лучшего сигнала

н системы оптимального сложения.

По месту’ осуществления сложения: системы додетекторного и последетекторного сложения.

Системы сложения сигналов до детектора улучшают уеловия приема слабых сигналов по сравнению с системами последетектерного сложения в связи с тем, что в этих системах уровень сум-

марного сигнала на входе детектора увеличивается и поэтому порог улучшения свойств детектора будет наблюдаться при более слабом сигнале на входе. Система додетекторного сложения требует применения специальных устройств фазирования сигналов с

малой фазовой погрешностью, не превышающей полутора десятков градусов, и основанных на принципах ФАП (см. $ 8.2). Сложение сигналов осуществляют на промежуточной частоте. При многократном разнесении, например при строенном либо счетверенном приеме, в качестве опорного напряжения системы ФАП каналов используют напряжение местного гетеродина. Колебания, принятые по каналам разнесения, после усиления и преобразова-

ния частоты фазируются с колебаниями опорного гетеродина и да-

лее поступают в блок сложения.

На рис. 14.16 изображена структурная схема устройства автовыбора сигнала после детектора. Лучшим сигналом в этом устройстве считается сигнал с большим уровнем на выходе. Выделение

/

Рис. 14.16

й

вого приемника Иж: будет больше И». Ток диода Д: создаст па-

дение напряжения на нагрузке К„С,ь, почти равное И». Это напряжение включено также последовательно в цепь диода Д». ПосколБку Ит> Ише!, диод До будет закрыт и напряжение на нагруз-

ке будет определяться диодом Д\:, включенным в тракт более силь- ного сигнала. Если окажется, что От›> и, то напряжение на

нагрузке будет формироваться вторым диодом. Это напряжение закроет первый диод. В результате высокочастотный тракт приемника с меньшим уровнем сигнала будет автоматически отключаться. В современных радиоприемниках существует большой запас коэффициента усиления и высокоэффективная АРУ. Поэтому при

уменьшенном сигнале на входе одного из приемников коэффициент усиления этого приемника увеличивается и выходной уровень сигнала изменяется незначительно. Однако отношение сигнал-помеха в этом тракте оказывается уменьшенным. Если кратковременная помеха превысит уровень сигнала, то откроется канал со слабым

сигналом и на нагрузке детектора появится помеха. Для устранения этого недостатка устройства с автовыбором желательно, чтобы коэффициент усиления обоих трактов определялся более сильным сигналом. Этот режим устанавливают, применяя сложение напряжений АРУ (на рис. 14.16 цепи, необходимые для сложения АРУ показаны штриховой линией). В такой системе коэффициенты усиления трактов одинаковы и определяются более сильным сигналом, что существенно уменьшает действие помех, проходящих через тракт с малым уровнем сигнала.

Особенностью систем с автовыбором является относительно плохое использование полезного сигнала для формирования вы-

349

ходного напряжения приемника. Отношение сигнал-помеха на выходе системы сложения не может превысить отношение сигиал-по- меха в лучшем из каналов.

Можно поставить задачу сложения сигналов в следующем достаточно общем виде.

Допустим, система сложения построена так, что вклад сигнала в суммарное колебание на выходе цепи может изменяться и межет обеспечить максимальное отношение сигнал-шум (либо к любой

гладкой помехе, если помехи в обоих каналах некоррелированы). Эту систему сложения назовем оптимальной. Структурная схема

оптимальной системы сложения изображена на рис. 14.17. Напряжения сигнала на выходах приемников Пр: и Пр2 обозначим соот-‘

ветственно Ис: и Цс›, а напряжения шумов Ищи и Ише.

ЦЕПЬ | овеулировни

А2

Рис. 14.17

Выходные напряжения высокочастотных трактов приемников подаются через безынерционные регулируемые каскады, с коэффици-

ентами передачи К: и Ко, на общую нагрузку. Найдем законы изменения К; и Ко, обеспечивающие максимальное отношение сиг- нал-шум на выходе системы сложения. Шумы на выходе трактов

будем считать независимыми.

Запишем отношение квадратов напряжений сигнала к шуму на

350