2. Радиотехнический канал связи

Каналом передачи информации является совокупность средств, используемых для этой цели. Канал передачи информации с по­мощью электромагнитных колебаний называется радиотехниче­ским каналом связи.

На передающем конце канала информация преобразуется в электрический сигнал. Промодулированное этим сигналом высоко­частотное колебание излучается антенной передатчика и принима­ется антенной приемника. В приемнике осуществляется усиление принятых высокочастотных модулированных колебаний и демоду­ляции их — выделение передаваемого сигнала.

Рассмотрим структурную схему (рис. 1.1) и назначение отдель­ных блоков канала связи.

Датчик – устройство, вырабатывающее электрический сигнал, соответствующий поступающей информации. Датчиком может служить микрофон при передаче речи и музыки, передающая трубка или светочувствительная матрица при передаче изображений, при­бор, преобразующий температуру, давление, скорость, деформа­цию или другую физическую величину в электрический сигнал.

Рис. 1.1 Структурная схема канала связи

Кодирующее устройство выполняет функцию преобразования электрического сигнала, полученного от датчика, в электрический сигнал другой формы, более пригодной для запоминания и пере­дачи. Например, напряжение датчика температуры преобразуется в последовательность импульсов, соответствующих значению температуры в дискретные моменты времени.

Запоминающее устройство хранит закодированный сигнал до момента его передачи. Например, информация на космическом ко­рабле накапливается непрерывно на протяжении всего полета, а передается в сеансах связи, когда сигналы с корабля могут прини­маться наземными станциями.

Передатчик состоит из генератора колебаний несущей частоты и модулятора.

Генератор колебаний несущей частоты генерирует гармониче­ские высокочастотные электромагнитные колебания, способные распространяться на большие расстояния. Используется широкий диапазон волн – от километровых до световых (микрометровых). Основным требо­ванием к генератору является высокая стабильность частоты ге­нерируемых колебаний.

Модулятор осуществляет модуляцию одного или нескольких параметров (амплитуды, частоты, фазы и др.) высокочастотного колебания по закону передаваемого сигнала.

Передающая антенна излучает высокочастотные электромаг­нитные колебания, промодулированные передаваемым сигналом.

Приемная антенна принимает промодулированные высокоча­стотные электромагнитные колебания, которые затем поступают на вход приемника.

Приемник состоит из избирательного усилителя, детектора, де­кодирующего и оконечного устройств.

Избирательный усилитель выделяет и усиливает из множества сигналов, принимаемых антенной, требуемое высокочастотное мо­дулированное колебание.

Детектор осуществляет процесс, обратный модуляции – выде­ляет из высокочастотного модулированного колебания сигнал, ко­торым в передатчике была осуществлена модуляция.

Декодирующее устройство преобразует принятый закодирован­ный сигнал к форме, удобной для обработки в оконечном устрой­стве.

Оконечное устройство преобразует электрический сигнал в информацию, представленную в той или иной форме, например, в звук при передаче речи или музыки, в изображение при приеме телевизионного сигнала, в запись на ленте при телеметрии, в команду исполнительному органу при телеуправлении и т. п.

Структурная схема канала связи, показанная на рис. 1.1, приме­няется, например, при передаче данных с космического корабля на Землю. В более простых случаях ряд операций, над сигналами, а следовательно, и ряд блоков, показанных на рис. 1.1, отсутствует. В простейшем канале связи могут отсутствовать блоки кодирова­ния, запоминания и декодирования.

Радиолокационные устройства представляют собой также свое­образные системы передачи информации. Здесь модуляция коле­баний, излучаемых передатчиком, осуществляется вне передатчи­ка, в пространстве, где луч радиолокатора отражается от цели.

Передаваемый по радиотехническому каналу сигнал подверга­ется воздействию помех. Источником внешних помех являются ат­мосферные явления, шумы космического пространства, индустри­альные помехи, помехи радио и медицинской аппаратуры, а в во­енной технике – помехи, искусственно создаваемые станциями ра­диопротиводействия противника.

Внутренние помехи возникают вследствие дискретной природы заряженных частиц (тепловые и дробовые шумы), а также из-за несовершенства передающей и приемной аппаратуры (шумы кван­тования, наводка от цепей питания, перекрестная модуляция и т. п.).

Под действием помех сигнал, проходя через канал связи, ис­кажается и может быть расшифрован неправильно. Одной из ос­новных задач при организации канала связи является снижение вероятности ошибок при приеме сигналов или, иными словами, по­вышение помехоустойчивости канала радиосвязи.

Повышение помехоустойчивости обычно влечет за собой увели­чение стоимости канала связи. Поэтому вопросы помехоустойчи­вости и стоимости канала связи решают совместно, находя прием­лемые компромиссы.

Часто требуется передавать информацию о нескольких пара­метрах, характеризующих состояние объекта, например, о темпе­ратуре, давлении и влажности в кабине летательного аппарата. Для этого радиолиния должна содержать несколько разделенных каналов передачи информации. Наибольшее распространение на­шли два способа разделения каналов: частотное и временное.

При частотном разделении каналов высокочастотное (несущее) колебание модулируется несколькими колебаниями более низких частот, называемыми поднесущими. Каждое поднесущее колеба­ние модулируется сигналом, содержащим информацию об одном из передаваемых параметров. На приемном конце линии связи модулированное колебание несущей частоты усиливается и детек­тируется. Продетектированное колебание разделяется фильтрами, каждый из которых настроен на соответствующую поднесущую частоту. На выходе каждого фильтра включен детектор, который выделяет сигнал, соответствующий сигналу, передаваемому на данной поднесущей частоте.

При временном разделении каналов сигналы, несущие инфор­мацию о различных параметрах объекта, поочередно модулируют один или несколько параметров колебания несущей частоты. Вре­менное разделение каналов особенно эффективно в цифровых си­стемах связи, которые обеспечивают высокую помехоустойчивость.