Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы передачи сообщений. Учебное пособие
.pdf
1. Методы передачи аналоговых сигналов
11
5. По числу пользователей системы делят на малые, средние и боль-
шие. У малых систем число пользователей не превышает 300 человек, у
средних – не более 3 000 человек, а у больших – превышает 3 000 человек.
6. Симплексный или дуплексный способ организации радиоканала.
7. С частотным (FDМА) или временным (ТDМА) типом разделения
при многостанционном доступе для цифровых систем.
8. Область применения систем может быть либо ведомственная, либо
региональная (коммерческая).
Большое число стандартов транкинговой связи позволяет развертывать
простые и недорогие системы или сложные многозональные системы с
большим числом пользователей.
В УКВ-диапазоне используют частотную модуляцию для организации
качественного звукового монофонического и стереофонического вещания.
В России в УКВ-диапазоне приняты два стандарта стереовещания. Первый
стандарт восточно-европейский QIRT использует для вещания полосу частот 62‒74 МГц (УКВ 1). Для стереовещания применяют полярную модуляцию (ПМК). Один источник звукового сигнала модулирует отрицательные положительные амплитуды полуволны поднесущей частоты 31,25 кГц,
а другой источник модулирует положительные амплитуды полуволны этой
же поднесущей частоты. Девиация частоты равна 50 кГц. Спектр полярно
модулированных колебаний (ПМК) состоит из тональной и надтональной
частей. Надтональная часть представляет собой спектр амплитудномодулированного сигнала, у которого модулирующим является разностный
сигнал двух источников сообщений. От ПМК переходят к комплексному
стереосигналу (КСС). Для этого подавляют в 5 раз уровень составляющей
спектра на поднесущей частоте и добавляют предыскажения. Предыскажения заключаются в увеличении уровня высокочастотных составляющих
спектра звукового сигнала на 15 дБ. Это приводит к повышению помехоустойчивости. КСС используется как модулирующий сигнал при получении ЧМ-радиосигнала. Второй стандарт ССIR западно-европейский.
В западно-европейском стандарте используется полоса частот
76–100 МГц (УКВ-2), 100–108 МГц (УКВ-3). Для стереовещания применяют модуляцию с пилот-тоном (ПТ). Девиация частоты равна 75 кГц. Спектр
стереосигнала с ПТ также содержит тональную и надтональную части.
Надтональная часть представляет собой спектр АМ-сигнала с полностью
подавленной поднесущей 38 кГц, а модулирующим является разностный
Методы передачи сообщений
12
сигнал двух источников сообщений. В стереосигнал с ПТ входит дополнительно пилот-тон, частота которого равна 19 ± 0,002 кГц. Он необходим
для восстановления поднесущей в приемном устройстве. Девиация частоты
для передачи пилот-тона составляет не более 7,5 кГц. Диапазон передаваемых звуковых частот от 40 Гц до 15 кГц. Использование импортного оборудования позволило вести стереовещание с ПТ и в диапазоне QIRТ.
Диапазон УКВ используют также для передачи дополнительной информации на добавочных поднесущих. В диапазоне УКВ-2 используют для
этого поднесущие с частотами 46,875 кГц и 78,125 кГц. Ширина полосы
сигналов дополнительной информации составляет 30–10 000 Гц. Система
«Радиотекст» на поднесущей частоте 46,875 кГц использует относительную бинарную фазовую манипуляцию (ОФМн2) с тактовой частотой
732 Гц.
Система передачи дополнительной информации SCA (Subcarier Communication Allocation) работает на поднесущей частоте 67 кГц. В этой системе используется ЧМ поднесущей с девиацией 6 кГц. Ширина полосы
частот дополнительного сигнала равна 30‒6 000 Гц.
Система передачи данных RDS (Radio Data System) использует поднесущей 57 кГц, частота которой равна третьей гармонике пилот-тона. Фаза
поднесущей и фаза третьей гармоники пилот-тона должны совпадать или
быть с ней в квадратуре. Применяется относительное кодирование исходных данных.
Система RDS позволяет передавать информацию различных видов.
Например, дорожную информацию, сигналы предупреждения об опасности, данные местного времени, расписание радиопрограмм, информацию
об альтернативных частотах, справочную информацию, канал данных для
передачи сообщений. В системе RDS скорость передачи информации составляет 1187,5 бит/с. Система RDS применяет амплитудную модуляцию с
полностью подавленной поднесущей частотой 57 кГц. Модуляция осуществляется двухполярным импульсным сигналом. Полярность импульсного сигнала меняется с положительной на отрицательную при передаче
единичного уровня. При передаче нуля полярность импульсного сигнала
меняется с отрицательной на положительную. Модулирующий сигнал проходит через полосовой фильтр с косинусной АЧХ. Совместно с RDS на
поднесущей частоте 57 кГц работает система передачи дорожной информации АRI (Autofahrer Rundfunk Information). В этой системе сигналы опо-
1. Методы передачи аналоговых сигналов
13
знавания программ передаются с помощью отдельных тонов в диапазоне
23–54 Гц. Они модулируют по амплитуде поднесущую частоту. Фазы под-
несущих частот систем RDS и АRI должны быть в квадратуре.
Большими возможностями по сравнению с RDS обладает система
DARC. Это достигнуто путем добавления новых служб к имеющимся. Новыми услугами являются: электронная почта, точное определение местоположения по глобальной системе позиционирования (GPS), снижение риска
на дорогах, голосовой пейджинг (MobiDarc).
Система высокоскоростной передачи данных DARC (Data Radio Channel) общеевропейского стандарта ЕТS 300 751 использует поднесущую частоту 76 кГц, которая равна четвертой гармонике пилот-тона. Система
DARC занимает полосу частот, равную 35 кГц. Система DARC применяет
частотно-манипулированные сигналы. Они имеют минимальный сдвиг и их
уровень регулируется (LMSK). Уровень разностного сигнала двух сообщений меняет по линейному закону уровень поднесущей частоты. Девиация,
определяемая поднесущей частотой, равна 3 кГц, если девиация, определяемая разностным сигналом двух сообщений, меньше 1,875 кГц. Девиация,
определяемая поднесущей частотой, равна не более 7,5 кГц, если девиация,
определяемая разностным сигналом двух сообщений, равна 3,75 кГц.
Устойчивый радиоприем в диапазоне УКВ (ультракоротких волн)
можно получить только в пределах прямой видимости передатчика и приемника. В ближней зоне происходит интерференция прямой волны с волнами, отраженными от земной поверхности. В дальней зоне происходит
интерференция с переизлучениями от разного рода сооружений. Интерференция приводит к появлению минимумов и максимумов напряженности
поля в городе, на открытой местности, внутри зданий. Радиоволны в диапазоне УКВ могут огибать препятствия. Это явление называют дифракцией.
За счет изменения от высоты показателя преломления происходит отклонение от прямолинейного направления распространения радиоволн в атмосфере. Это явление называют рефракцией. Дифракция и рефракция увеличивают дальность связи в УКВ-диапазоне примерно на 15 % по сравнению
с расстоянием до линии горизонта. Рассчитать дальность связи можно, используя формулу
R = 4,12( ,
где R – дальность связи, км;
Методы передачи сообщений
14
h1 – высота установки антенн передатчика, м;
h2 – высота установки антенн приемника, м.
Например, радиосвязь устанавливается между двумя портативными
радиостанциями. Приемник имеет высокую чувствительность.
Передатчик характеризуется достаточной мощностью. Высота установки антенн передатчика и приемника одинаковы и равны h1 = h2 = 1,5 м.
Тогда получим дальность связи R = 10 км. Если установить антенну одной
из станций на высоком здании, то дальность устойчивой связи может достигать 80 км.
Радиоволны в УКВ-диапазоне могут распространяться на расстояние,
превышающее 1000 км. Это происходит в результате сверхрефракции, которая возникает при определенных атмосферных условиях. Напряженность
поля радиоволн УКВ-диапазона в городе в 5 раз меньше, чем на открытой
местности. Это ослабление происходит из-за затенения зданиями. Внутри
здания поле ослабляется до 30 раз относительно уровня над крышей. Для
оценки напряженности поля в городских районах используют модели Хата.
На вихревых и слоистых неоднородностях тропосферы происходит переотражение радиоволн УКВ-диапазона. В результате интерференции полей,
переизлученных большим числом неоднородностей, образуется напряженность тропосферной составляющей поля. Величина этой составляющей мала и сильно зависит от времени. Находится она далеко от передающей
станции, расстояние достигает 1000 км. Радиоволны УКВ-диапазона, кроме
напряженности тропосферного рассеяния, имеют ионосферную составляющую поля. Она образуется в результате отражения радиоволн от регулярного и спорадического слоев ионосферы и рассеивания на турбулентных
неоднородностях ионосферы. Величина этой составляющей поля невелика.
Расстояние от передатчика ионосферной составляющей поля составляет до
3 000 км. В УКВ-диапазоне работают аналоговые системы передачи изображений (факсимиле) с непосредственной частотной модуляцией несущей
с девиацией, равной 400 Гц.
15
2. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
Импульсные сигналы используют как для передачи дискретной коди-
рованной информации, так и для передачи непрерывных (аналоговых) сообщений в связи, телефонии, радиолокации и т.д. Методы модуляции, основанные на дискретном изменении амплитуды (AM ‒ амплитудная модуляция), частоты (ЧМ ‒ частотная модуляция) и фазы (ФМ ‒ фазовая модуляция) излучаемых колебаний (соответственно АМн ‒ амплитудная манипуляция, ЧМн ‒ частотная манипуляция и ФМн ‒ фазовая манипуляция)
применяют при передаче дискретных (телеграфных) сигналов. Метод передачи, когда фаза последующей посылки изменяется при изменении полярности передаваемого знака относительно предыдущего, называется относительно-фазовой манипуляцией (ОФМн). Такой метод модуляции широко
применялся в системах цифровой связи.
В системах связи для передачи телеграфии применяют многопозици-
онные сигналы. Например, систему двойного частотного телеграфирования
(ДЧТ) и многократную фазовую манипуляцию (ФМн). Разработаны методы
передачи сигналов с помощью амплитудно-импульсной (АИМ), широтноимпульсной (ШИМ), фазово-импульсной (ФИМ) и других разновидностей
импульсной модуляции. Наиболее широко импульсные сигналы применяются в многоканальных системах с временным разделением каналов (ВРК).
В многоканальных радиорелейных линиях (РРЛ) связи применяются сигналы с широтно-импульсной (ШИМ), частотно-импульсной (ЧИМ), фазово-импульсной (ФИМ), кодово-импульсной (КИМ) и дельта модуляцией
(ДМ). Схема радиоприемного устройства (РПрУ) сигналов с АИМ представлена на рис. 2.1, где ДРИ – детектор радиоимпульсов.
Рис. 2.1. Схема радиоприемного устройства сигналов с АИМ
В этом случае передается одно сообщение и при амплитудноимпульсной модуляции АИМ. Поэтому нет необходимости в цепях синхронизации. Функции детектирования и демодуляции радиоимпульсов в
этом случае могут быть совмещены.
УПЧ
ДРИ
Демод.
Вх
Методы передачи сообщений
16
В простом случае одноканального приема сигналов с фазовоимпульсной модуляцией (ФИМ) является обязательным наличие синхросигнала, что определяется самим видом модуляции. При обработке сигналов с одноканальной с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) схема
также может быть построена в соответствии с рис. 2.1.
Системы передачи дискретной информации постоянно совершенствуются. Внедряются методы автоматической адаптации к уровню помех в канале и к условиям распространения радиоволн. Увеличивается скорость
передачи и повышается достоверность.
В импульсных РПрУ имеют место сигналы двух видов:
1. Радиоимпульсы – в усилителях радиочастоты (УРЧ) и в усилителях
промежуточной частоты (УПЧ).
2. Видеоимпульсы – на выходе детектора.
Цепи радиочастоты и промежуточной частоты импульсных РПрУ не
имеют существенных особенностей. Специфика импульсных сигналов отражается на детектировании, последетекторной обработке, а также на процессах в цепях автоматических регулировок усиления (АРУ) и автоматической подстройки частоты (АПЧ). РПрУ импульсных сигналов строятся
обычно по супергетеродинной схеме и отличается обычно сравнительно
высоким диапазоном частот и широкой полосой пропускания. Схема РПрУ
сложных импульсных сигналов (многоканальных) представлена на рис. 2.2,
где ВУ – видеоусилитель; ССИ – селектор синхроимпульсов.
Вх
УПЧ
ДРИ
Разделитель
ВУ
ВУ
ВУ
Д
Д
Д
Цепь
синхр.
ССИ
1
2
3
Каналы
Рис. 2.2. Схема РПрУ импульсных сигналов
Радиоимпульсный сигнал с выхода усилителя промежуточной частоты
(УПЧ) детектируется в детекторе радиоимпульсов (ДРИ). В зависимости от
вида вторичной модуляции в качестве ДРИ используют либо амплитудный
2. Методы передачи импульсных сигналов
17
(АД), либо частотный(ЧД), либо фазовый (ФД) детектор. Видеоимпульсы с
выхода ДРИ разделяются по каналам с помощью цепей синхронизации,
включающих селектор синхроимпульсов (ССИ) и разделитель. Для правильного распределения канальных импульсов обычно передается специальный синхросигнал. Тип демодулятора (Д) определяется видом первичной модуляции, например импульсные: АИМ ‒ амплитудно-импульсная
модуляция, ШИМ ‒ широтно-импульсная модуляция, ФИМ ‒ фазовоимпульсная модуляция или непрерывные: АМ ‒ амплитудная модуляция,
ЧМ ‒ частотная модуляция, ФМ ‒ фазовая модуляция.
Выполним исследование многоканальной системы с помощью про-
граммы MICRO CAP. На рис. 2.3 изображена структурная схема приемной
части системы обработки сигналов с АМ и с ЧМ.
Модулирующие сигналы одновременно поступают на амплитудный
(АМод – fM1) и частотный (ЧМод – fM2) модуляторы. Промодулированные
сигналы суммируются в сумматоре (Сум) и затем поступают на амплитудный модулятор (АМод) для модуляции несущей частоты f
нес
. Несущая ча-
стота поступает на передатчик и излучается в эфир (на рис. 2.3 радиоканал
не показан).
fM1
АМод
Сум АМод
ЧМод
ПФ
ПФ
ПФ
fM2
fп1
fп2
АД
АД
АО ЧД
fвых1
fвых2
fнес
Рис. 2.3. Структурная схема приемника сигналов с АМ и ЧМ
Приемная часть включает полосовой фильтр (ПФ), настроенный на не-
сущую частоту f
нес
для выделения полезного сигнала. Амплитудный детек-
тор (АД) выделяет суммарный модулирующий сигнал. Далее следует частотное разделение каналов (ЧРК), осуществленное общим преселектором
(полосовой фильтр ПФ и амплитудный ограничитель (АО)), демодулятор
ЧМ-сигналов – ЧД обычно включает в себя полосовые фильтры ПФ1 и
Методы передачи сообщений
18
ПФ2, детекторы и вычитающее устройство. Полосовые фильтры ПФ1 и
ПФ2 выделяют соответствующие частоты манипуляции. В соответствии с
видом модуляции на передаче – в приемнике сигналы детектируются амплитудным (АД), частотным (ЧД) или фазовым (ФД) детекторами. В цепь
частотного детектора ЧД включен амплитудный ограничитель (АО), исключающий возможность паразитной амплитудной модуляции. На рис. 2.4
изображена модель схемы системы передачи и приема сигналов в среде
MICRO CAP, где для демодуляции сигналов с ЧМ применен квадратурный
детектор (между точками 32 и 33).
Многоканальная система имеет следующие параметры
1. Для АМ: Fм1= 3 кГц; F
п1
= 100 кГц; F
нес
= 5 МГц.
2. Для ЧМ: Fм2= 5 кГц; F
п2
= 200 кГц.
Для сигнала с ЧМ осциллограммы снимаются с контрольных точек 3
(вход) и 33 (выход). В точках 3 и 33 можно выполнить и спектральный анализ.
Рис. 2.4. Модель схемы системы передачи сигналов с ЧРК
2. Методы передачи импульсных сигналов
19
На рис. 2.5 показаны расчетные спектры (результаты гармонического
анализа в среде MICRO CAP) сигналов системы. На рис. 2.5,а показан
спектр сигнала на выходе амплитудного модулятора (точка 2 на схеме), на
рис. 2.5,б – на выходе частотного модулятора ЧМ (точка 4 на схеме) и на
рис. 2.5,в – на выходе общего тракта с АМ амплитудной модуляцией (точка
6 на схеме). На рис. 2.5 указаны значения частот каждой спектральной составляющей.
а б
в
Рис. 2.5. Расчетные спектры сигналов системы с ЧРК
На рис. 2.6 – осциллограммы и вид спектров сигналов при моделиро-
вании сигналов с ЧМ (точки 3 и 32 на схеме рис. 2.4).
Выходная осциллограмма (точка 32) почти совпадает со входной (точка 3), но все же немного искажена. Искажения вносит детектирующий каскад, а также второй модулированный сигнал. Это хорошо заметно на спектре, снятом в контрольной точке 32 (рис. 2.6). В отличие от спектра входного модулирующего сигнала, на нем заметны дополнительные гармоники,
свидетельствующие об искажении.
Для сигнала с АМ (амплитудной модуляцией) осциллограммы и спектральные зависимости снимают с контрольных точек 1 и 16 (рис. 2.7).
Как следует из рассмотрения осциллограмм и спектров, сигнал с АМ
меньше подвержен искажениям и ему не страшна паразитная амплитудная
модуляция, как для ЧМ.
Методы передачи сообщений
20
Рис. 2.6. Осциллограммы в контрольных точках и вид спектров
Рис. 2.7. Осциллограммы в контрольных точках и вид спектров
В ходе исследований двухканальной системы с ЧРК (частотным раз-
делением каналов) было установлено, что для канала с ЧМ требуется ам-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]