Радиотехнические системы. Учебное пособие

Промежуток времени t, содержащий отсчеты от всех каналов, взятые в одном такте, называется кадром (рис. 8). Количество источников N, сообщения которых могут быть переданы посредством многоканальной РТС ПИ с ВРК, определяется в первую очередь длитель-

ностью кадра t. При расчете параметров системы с ВРК следует также учитывать ограниченный частотный ресурс системы передачи, и то, что ширина полосы частот сигнала приближенно определяется минимальной длительностью используемого импульса.

Кроме того, следует помнить о том, что при построении многоканальной РТС ПИ с ВРК необходимо организовывать синхронизацию на разных уровнях: кадровую, цикловую, тактовую. Кадровая синхронизация обеспечивается введением в кадр синхроимпульса длительностью tси (рис. 8). Синхросигнал отличается от информационных сиг-

налов, например, по длительности, типу сигнала или структуре кодовой комбинации.

t

tк

Рис. 8. Пример структуры кадра в РТС ПИ с ВРК

Таким образом, длительность промежутка времени, в течение которого может передаваться информационный импульс от одного канала, составляет

tк t N tси .

Вследствие переходных процессов в элементах, образующих реальные устройства РТС ПИ, могут возникать перекрестные искажения: искажается форма импульсов, и часть энергии сигнала может попадать в соседний канал. Кроме того, из-за использования согласованной

31

фильтрации на приемной стороне увеличивается длительность полезного сигнала (при использовании простых импульсов), в результате чего возможно также попадание сигнала в «чужой» канал. Для умень-

шения этого эффекта вводят защитные интервалы tзащ, длительность которых зависит от длительности импульса tи и, как правило, состав-

ляет от 0,5 tи до 2 tи.

На первой ступени используются импульсные виды модуляции: АИМ, ВИМ и ШИМ.

Длительность импульса при АИМ определяется как

tи_АИМ tк tзащ.

Ширина полосы частот, занимаемая АИМ-сигналом, зависит только от длительности импульса fАИМ 1 tи_АИМ .

При ВИМ длительность импульса, который можно разместить в

канальном интервале tк, определяется индексом времяимпульсной модуляции:

tи_ВИМ 2m tк 1 . ВИМ

Ширина полосы частот, занимаемая ВИМ сигналом также зависит только от длительности импульса fВИМ 1 tи_ВИМ .

При ШИМ длительность импульса не должна превышать ширины выделенного для одного канала интервала с учетом защитного интервала, т. е. максимальная длительность импульса может быть

tи_ШИМ_max tк tзащ .

После импульсной модуляции и объединения каналов будет поток видеоимпульсов в одном канале – групповой сигнал (рис. 8), который подвергается модуляции второй ступени, цель которой состоит в перенесении сигнала в область высоких частот. Помехоустойчивость системы передачи информации в целом определяется совокупностью способов модуляции, примененных на первой и второй ступени [3].

Способ модуляции АИМ-АМ практически не используется из-за низкой помехоустойчивости. Широкое использование, особенно в радиотелеметрии, получил способ АИМ-ЧМ. Применение на первой ступени АИМ позволяет реализовать большее число каналов по сравне-

32

нию с ВИМ, а применение ЧМ на второй ступени обеспечивает высокую помехоустойчивость. Системы ШИМ-ЧМ несколько сложнее, чем АИМ-ЧМ, и в меньшей степени подвержены влиянию частотных нестабильностей приемника и передатчика. Шумовые ошибки систем ШИМ-ЧМ и АИМ-ЧМ при эквивалентных условиях примерно одинаковы [3].

Широкое применение для передачи телефонных телеметрических сообщений нашли системы с передачей по способу ВИМ-АМ, имеющие малые пороговые сигналы и, следовательно, малые флуктуационные ошибки. Преимущество систем ВИМ-АМ перед системами ШИМАМ состоит в лучшем энергетическом использовании передатчика. Это объясняется тем, что при передаче по способу ШИМ-АМ информация содержится только в положениях фронтов импульсов и поэтому значительная часть энергии в пределах длительности импульса расходуется бесполезно. Несмотря на относительную сложность аппаратуры систем с частотной и фазовой модуляцией на второй ступени, их применение оказывается наиболее целесообразным для передачи сообщений на большие расстояния с высокой точностью.

ЗАДАЧИ

1.Определить, какую верхнюю частоту может иметь информационный сигнал, который можно передать посредством четырехканальной РТС ПИ с временным разделением канала, использующей АИМ-АМ, если для синхронизации применяются импульсы с линейной частотной модуляцией той же длительности, что и простые импульсы, используемые для передачи информационного сигнала. Длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса 16,34 мкс. Изобразить групповой сигнал на рисунке.

2.Определить частоту дискретизации информационного сигнала

ввосьмиканальной РТС ПИ с временным разделением канала, исполь-

зующей ВИМ-АМ (mВИМ = 4), если для синхронизации применяются простые импульсы с длительностью, в пять раз большей длительности простых импульсов, используемых для передачи информационного сигнала. Длительность простых импульсов 1,543 мкс. Длительность защитного интервала принять равным половине длительности информационного импульса.

33

3.Определить длительность кадра в шестиканальной РТС ПИ с

временным разделением канала, использующей ШИМ-ЧМ (mШИМ = 4), если для синхронизации и передачи информации применяется соответственно прямой и инверсный во времени пятиэлементный код Баркера. Длительность элементарного импульса (бита) составляет 0,494 мкс. Длительность защитного интервала принять равным длительности информационного импульса.

4.Определить ширину спектра группового сигнала в десятиканаль-

ной РТС ПИ с временны́м разделением канала (ВРК), использующей АИМ-ЧМ, и предназначенной для передачи информационного сигнала, имеющего верхнюю частоту 3,2 кГц, если для синхронизации применяется М-последовательность (В = 7), длительность бита при этом равна длительности простого импульса, используемого для передачи информационного сигнала. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности бита. Изобразить групповой сигнал на рисунке.

5.Рассчитать параметры группового сигнала в пятиканальной РТС

ПИ с ВРК, использующей ШИМ-АМ (mШИМ = 5); для синхронизации применяются ЛЧМ-импульсы, для передачи информации – простые импульсы, длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса. Верхняя частота сообщения 3500 Гц. Результаты расчета пояснить рисунком.

6.Определить, какую верхнюю частоту может иметь информационный сигнал, который можно передать посредством семиканальной РТС ПИ с временным разделением канала, использующей ВИМ-ЧМ

(mВИМ = 5), если для синхронизации применяется М-последователь- ность (В = 7) с длительностью элементарного импульса (бита), равной длительности простого импульса, используемого для передачи информационного сигнала. Длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса 1,616 мкс.

7.Определить, какое количество каналов можно объединить для передачи по РТС ПИ с ВРК, использующей АИМ-АМ, если верхняя частота сообщений равна 4000 Гц, для синхронизации применяются простые импульсы, с длительностью в 8 раз больше простых импульсов, используемых для передачи информации. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса. Длительность информационного импульса составляет 8,929 мкс. Изобразить групповой сигнал на рисунке.

34

8. Определить длительность синхроимпульса в шестиканальной

РТС ПИ с ВРК, использующей ВИМ-АМ (mВИМ = 7), при этом частота дискретизации составляет 7,2 кГц, для синхронизации применяется

семиэлементный код Баркера, длительность элементарного импульса (бита) равна длительности простого импульса, используемого для передачи информации. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса.

9.Определить частоту дискретизации информационного сигнала в восьмиканальной РТС ПИ с временным разделением канала, исполь-

зующей ШИМ-ЧМ (mШИМ = 7), если для синхронизации применяются ЛЧШ-импульсы (В = 7) с длительностью, равной длительности простого импульса, используемого для передачи информационного сигнала. Длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса 0,969 мкс.

10.Определить длительность бита в семиканальной РТС ПИ с ВРК, использующей АИМ-ЧМ, предназначенной для передачи информационного сигнала, имеющего верхнюю частоту 3,2 кГц, если для синхронизации применяется одиннадцатиэлементный код Баркера; при этом длительность бита, длительность простого импульса, используемого для передачи информационного сигнала, и длительность защитного интервала одинаковы. Изобразить групповой сигнал на рисунке.

11.Определить длительность кадра в пятиканальной РТС ПИ с

временным разделением канала, использующей ШИМ-АМ (mШИМ = 4), если для синхронизации применяется М-последовательность (В = 7), при этом длительность элементарного импульса (бита) составляет 2,621 мкс. Длительность простого импульса, используемого для передачи информационного сигнала, равна длительности бита. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса.

12.Рассчитать параметры группового сигнала в десятиканальной

РТС ПИ с ВРК, использующей ВИМ-ЧМ (mВИМ = 4), если для синхронизации применяются простые импульсы, с длительностью, в 7 раз

большей простых импульсов, использующихся для передачи информации. Длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса. Верхняя частота сообщения 3,6 кГц. Результаты расчета пояснить рисунком.

13. Определить, какое количество каналов можно объединить для передачи по РТС ПИ с ВРК, использующей АИМ-АМ, если верхняя

35

частота сообщений равна 3400 Гц, для синхронизации применяются ЛЧМ-импульсы, при этом длительность синхроимпульсов, длительность простых импульсов, используемых для передачи информации, равны 11,312 мкс. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса. Изобразить групповой сигнал на рисунке.

14. Определить длительность синхроимпульса в семиканальной

РТС ПИ с ВРК, использующей ВИМ-АМ (mВИМ = 5), при этом длительность кадра составляет 125 мкс, для синхронизации применяется

простой импульс длительностью, в 5 раз большей длительности простого импульса, используюемого для передачи информации. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса.

15. Определить ширину спектра группового сигнала в четырехка-

нальной РТС ПИ с ВРК, использующей ШИМ-ЧМ (mШИМ = 5), предназначенную для передачи информационного сигнала, с верхней часто-

той 3,2 кГц, если для синхронизации используется М-последователь- ность (В = 7); длительность бита при этом равна длительности простого импульса, используемого для передачи информационного сигнала. Длительность защитного интервала также равна длительности бита.

16.Определить длительность кадра в шестиканальной РТС ПИ с временным разделением канала, использующей АИМ-ЧМ, если для синхронизации и передачи информации используется соответственно прямой и инверсный во времени пятиэлементный код Баркера. Длительность элементарного импульса (бита) составляет 3,484 мкс. Длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса. Изобразить групповой сигнал на рисунке.

17.Определить, какую верхнюю частоту может иметь информационный сигнал, который можно передать посредством десятиканальной РТС ПИ с временным разделением канала, использующей ШИМ-ЧМ

(mШИМ = 7), если для синхронизации применяются импульсы с линейной частотной модуляцией длительностью 0,943 мкс, простые импульсы, используемые для передачи информационного сигнала, имеют ту же длительность. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса.

18.Определить частоту дискретизации информационного сигнала в пятиканальной РТС ПИ с временным разделением канала, использующей ВИМ-АМ (mВИМ = 7), если для синхронизации используется

36

М-последовательность (В = 7), длительность элементарного импульса (бита) в котором равна длительности используемого для передачи информационного сигнала простого импульса 1,644 мкс. Длительность защитного интервала принять равным половине длительности импульса.

19.Рассчитать параметры группового сигнала в семиканальной РТС ПИ с ВРК, использующей АИМ-ЧМ; для синхронизации применяются простые импульсы, с длительностью, в 8 раз большей чем у простых импульсов, используемых для передачи информации. Длительность защитного интервала принять равной длительности информационного импульса. Верхняя частота сообщения 4 кГц. Результаты расчета пояснить рисунком.

20.Определить, какое количество каналов можно объединить для

передачи по РТС ПИ с ВРК, использующей ВИМ-АМ (mВИМ = 4), если верхняя частота сообщений равна 3,2 кГц, для синхронизации исполь-

зуется семиэлементный код Баркера, при этом длительность элементарного импульса (бита), и длительность простых импульсов, применяемых для передачи информации, равны 1,883 мкс. Длительность защитного интервала принять равной половине длительности информационного импульса.

2.3. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Разновидностью РТС ПИ с ВРК являются цифровые системы. В таких системах сигналы источников сообщений подвергаются аналогоцифровому преобразованию, т. е. помимо процедуры дискретизации выполняется квантование отсчетов по уровню и последующее кодирование уровней. При квантовании происходит замена точных значений отсчетов сигнала на определенный уровень. Это может быть ближайший уровень, либо уровень, больший значения сигнала, либо уровень, меньший значения сигнала, в зависимости от применяемого правила квантования. Количество уровней, на которые квантуется сигнал, однозначно связано с разрядностью кода n. Если используется двоичное кодирование, то количество уровней определяется как K = 2n. При этом чем большее количество уровней используется для квантования, тем меньше будет различие в значениях восстановленного на приемной стороне сигнала по сравнению с исходным, т. е. Меньше будет ошибка квантования.

37

Поскольку в промежуток, выделенный для одного канала, необходимо передать всю кодовую комбинацию, соответствующую одному отсчету (рис. 9), разрядность кода определяет и длительность одного бита:

tб tк n tзащ .

В свою очередь длительность бита напрямую влияет на ширину полосы частот, занимаемую групповым цифровым сигналом:

fИКМ = 1/ tб. Таким образом, при построении цифровых систем связи необходимо найти компромисс между количеством источников сообщений, которые можно объединить для передачи по одному каналу, допустимой ошибкой квантования и шириной полосы частот, занимаемой групповым сигналом.

t

tк

СИ

t

Рис. 9. Пример структуры кадра в цифровой РТС ПИ с ВРК

При равномерном распределении ошибки квантования относительная дисперсия ошибки определяется через пик-фактор Kп2 Pc max / Pc. ср, где Pс max – максимальная мощность сигнала, Pс. ср – средняя мощность сигнала:

Поскольку потери информации, вызванные квантованием, не могут быть компенсированы никакими способами на приемной стороне, при проектировании на ошибки квантования выделяют значительную долю из общей ошибки систем с ИКМ (до 85...90 %).

38

ЗАДАЧИ

1.Определить, на какое количество уровней может быть квантован информационный сигнал, имеющий ширину спектра 3,4 кГц, для передачи в четырехканальной системе передачи информации, в которой для синхронизации используется код Баркера (В = 5), длительность одного бита при этом 14 мкс. Длительность защитного интервала принять равной длительности бита.

2.Определить, какую максимальную ширину спектра может иметь информационный сигнал, который можно передать посредством восьмиканальной цифровой системы связи, если для синхронизации используется код Баркера (В = 7), длительность защитного интервала равна длительности бита, при этом сигнал квантован на 16 уровней. Групповой сигнал при этом занимает полосу 188 кГц.

3.Определить длительность кадра в шестиканальной цифровой системе передачи информации, если для синхронизации используется код Баркера (В = 11), длительность защитного интервала равна длительности бита, для передачи информационных сигналов применяются кодовые посылки из 5 бит. Групповой сигнал при этом занимает полосу

169,2 кГц.

4.Определить, какое количество информационных каналов, занимающих полосу частот 3,2 кГц, может быть объединено в цифровой системе передачи информации, если длительность одного бита 3,765 мкс, при этом используется квантование информационного сигнала на 64 уровня, для синхронизации используется код Баркера (В = 13), длительность защитного интервала равна длительности бита.

5.Рассчитать параметры группового сигнала в пятиканальной цифровой РТС ПИ, если ширина спектра информационного сигнала составляет 3,5 кГц, для синхронизации используется код Баркера (В = 5), информационный сигнал кодируется при помощи 7 бит. Длительность защитного интервала равна длительности бита.

6.Определить, на какое количество уровней может быть квантован информационный сигнал, имеющий ширину спектра 3,4 кГц, для передачи в семиканальной системе передачи информации, в которой для синхронизации используется код Баркера (В = 7). Групповой сигнал при этом занимает полосу 238 кГц. Длительность защитного интервала равна длительности бита.

7.Определить, какая разрядность кода потребуется для передачи информационного сигнала, имеющего ширину спектра 4 кГц, в четы-

39

рехканальной РТС ПИ с ИКМ, если ширина полосы частот, занимаемой групповым сигналом, составляет 108 кГц, а для синхронизации используется код Баркера (В = 11), при этом длительность защитного интервала равна длительности бита.

8.Определить, какую ширину спектра имеет групповой сигнал в шестиканальной РТС ПИ с ИКМ, в которой передается информационный сигнал с верхней частотой 3,6 кГц, квантованный на 16 уровней, для синхронизации используется код Баркера (В = 13), длительность защитного интервала равна длительности бита.

9.Определить среднюю мощность информационного сигнала в восьмиканальной цифровой РТС ПИ, если ширина спектра информационного сигнала составляет 4000 Гц, для синхронизации используется код Баркера (В = 5), длительность бита равна 4,717 мкс. Длительность защитного интервала равна длительности бита. Относительная

дисперсия равномерно распределенной ошибки квантования составляет 1,214·10–3, максимальная мощность информационного сигнала при этом составляет 7 Вт.

10.Определить максимальную мощность информационного сигнала в семиканальной цифровой РТС ПИ, если ширина спектра информационного сигнала составляет 3,2 кГц, для синхронизации используется код Баркера (В = 7), длительность бита равна 5,58 мкс. Длительность защитного интервала равна длительности бита. Отно-

сительная дисперсия равномерно распределенной ошибки квантования составляет 126·10–6, средняя мощность информационного сигнала при этом 4 Вт.

11.Определить относительную дисперсию равномерно распределенной ошибки квантования в пятиканальной цифровой РТС ПИ, если ширина спектра информационного сигнала составляет 3500 Гц, для синхронизации используется код Баркера (В = 11), длительность бита равна 5,6 мкс. Длительность защитного интервала равна длительности бита. Пик-фактор по мощности равен 2,25.

12.Определить, какую максимальную ширину спектра может иметь информационный сигнал, который можно передать посредством десятиканальной цифровой системы связи, если для синзронизации используется код Баркера (В = 13), длительность защитного интервала равна длительности бита, при этом сигнал квантован на 256 уровней. Групповой сигнал занимает полосу 370,8 кГц.

40