литература / Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей, 2004

Формирование канальных сигналов в СП с ВРК осуществляется на основе модуляции одного из основных параметров ПППИ.

В основном нашли применение три вида импульсной модуляции:

амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная (ШИМ) и временная импульсная модуляция (ВИМ), разновидностями которой являются фазоимпульсная модуляция (ФИМ) и частотноимпульсная модуляция (ЧИМ).

Формирование канальных сигналов с помощью амплитуд- но-импульсной модуляции. При амплитудно-импульсной модуляции амплитуда ПППИ изменяется по закону первичного или модулирующего сигнала с(Х), а длительность импульсов, частота их следования и положение относительно тактовых точек при АИМ остаются постоянными. На рис. 5 показаны временные диаграммы формирования АИМ канального сигнала.

Ш)

РИС. 5. К пояснению принципов амплитудно-импульсной модуляции

На рис. 5 показано, что первичный сигнал ср) модулирует амплитуду ПППИ ф) в результате получается канальный амплитудномодулированный сигнал в^). При этом различают два вида ампли- тудно-импульсной модуляции (АИМ):

амплитудно-импульсная модуляция первого рода (АИМ-1), при которой мгновенное значение амплитуды импульсов зависит от мгновенного значения модулирующего сигнала, вершины импульсов повторяют исходный сигнал на длительности импульсов (рис. 5, а);

амплитудно-импульсная модуляция второго рода (АИМ-2), при которой амплитуда импульсов остается постоянной на всей его длительности (рис. 5, б). При скважности ПППИ q > 10 различия между АИМ-1 и АИМ-2 практически исчезают и потому в дальнейшем не будем делать различия между этими видами ампли- тудно-импульсной модуляции.

Для оценки полосы частот, необходимой для передачи АИМ канальных сигналов, возможностей их демодуляции и сравнения различных видов импульсной модуляции определим спектр АИМ сигнала при модуляции синусоидальным сигналом

и при модуляции сложным сигналом с ограниченным спектром частот.

В самом общем случае амплитудно-модулированный (канальный) сигнал s(t) можно описать следующим аналитическим выражением

здесь та - коэффициент, характеризующий глубину модуляции; c(t) - модулирующий (первичный) сигнал; f(t) - периодическая последовательность импульсов. Подставив в (5) выражения для c(t) (4) и f(t) (3), получим выражение для АИМ канального сигнала

здесь та = Смакс/А.

Сделав в (6) замену вида д=г,/Гд и выполнив несложные триго-

Из формулы (7) следует, что АИМ канальный сигнал содержит

Системы передачи с ВРК на основе амплитудно-импульсной модуляции отличаются простотой построения оконечных станций, однако (как будет показано ниже) обладают низкой помехоустойчивостью и весьма критичны к частотным характеристикам линейных, групповых трактов и линий связи. Поэтому в применяющихся на практике СП с ВРК методы АИМ используются на первой ступени формирования канальных сигналов систем передачи с ВРК, использующих другие виды импульсной модуляции.

Формирование канальных сигналов с помощью широтноимпульсной модуляции. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительность импульсов ПППИ изменяется под воздействием модулирующего первичного сигнала, а остальные параметры

ПППИ остаются неизменными. Различают одностороннюю (рис. 7) и двустороннюю ШИМ.

с(0

Рис. 7. К определению односторонней широтно-импульсной модуляции

Впрактике наибольшее применение находит односторонняя ШИМ (ОШИМ). При ОШИМ изменение длительности импульса

ПППИ происходит только за счет перемещения одного из фронтов (например, заднего), а положение другого (переднего) фронта остается неизменным относительно тактовых точек ПППИ. При двусторонней ШИМ перемещаются и передний и задний фронты импульсов симметрично относительно их центра, соответствующего тактовым точкам ПППИ.

Взависимости от того, каким образом устанавливается связь между моментом отсчета мгновенных значений модулирующего сигнала

Амплитуды боковых полос частот в спектре ШИМ сигнала, группируются вблизи соответствующих гармоник частоты дискретизации, изменяются в соответствии со значением функций Бесселя и, ф), которые в свою очередь зависят от аргумента и от номера /, характеризующего порядок функции Бесселя. Это группирование более заметно в области небольших значений п гармоник частоты дискретизации.

При больших п группирование становится менее заметным. Последнее объясняется тем, что аргумент функции Бесселя /? на этих частотах велик, и поэтому спектр боковых полос частот около этих гармоник расширяется.

С ростом величины максимального отклонения (девиации) фронта импульса Лтмакс увеличивается аргумент /? функции Бесселя, поэтому он всегда сопровождается ростом интенсивности боковых полос различного порядка вокруг гармоник частоты дискретизации и, следовательно, увеличения комбинационных искажений.

Поскольку при любом значении п и / функция Бесселя существует, ширина спектра боковых полос около каждой гармоники частоты дискретизации теоретически бесконечна, т.е. спектры боковых полос вокруг гармоник неразделимы. Но, что самое неприятное, нижние боковые полосы частот при различных значения п и / вида

попадают в полосу частот исходного сигнала, что вызывает появление искажений при демодуляции с помощью фильтра нижних частот. Однако при рациональном выборе параметров модуляции эти искажения можно сделать достаточно малыми.

При определении необходимой полосы частот группового тракта для передачи ШИМ сигналов полезно знать следующее:

коэффициент широтной модуляции импульса тг = Лтмакс/т0 всегда меньше 1, так как минимальная длительность импульса должна удовлетворять требованию тмин = т0- Лтмакс > 0 или

Если минимальная длительность канального импульса равна т0, то ширина полосы частот тракта передачи группового ШИМ сигнала должна быть не меньше

Из (21) следует, что полезный результат на выходе демодулятора зависит не только от величины тг, но и от амплитуды импульсов, поступающих на демодулятор. Если амплитуда демодулируемых импульсов, например, в результате действия помех изменяется, то полезная компонента первичного сигнала на выходе демодулятора оказывается искаженной. Поэтому для устранения вредного действия помех применяется ограничение импульсов по минимуму и максимуму. В этом заключается преимущество ШИМ перед АИМ.

Широтная импульсная модуляция используется в многоканальных системах передачи импульсной радиосвязи, а также в некоторых радиотелеметрических системах и системах телеуправления, телеконтроля и телемеханики.

Формирование канальных сигналов на основе фазоимпульсной модуляции. При фазоимпульсной модуляции (ФИМ) сдвиг импульсов ПППИ относительно тактовых точек изменяется по закону первичного (модулирующего) сигнала сЦ). Существует несколько разновидностей ФИМ, в частности фазоимпульсная модуляция первого рода (ФИМ-1), при которой временной сдвиг импульсов ПППИ пропорционален значению модулирующего сигнала в момент появления импульса ПППИ, и фазоимпульсная модуляция второго рода (ФИМ-2), при которой временной сдвиг импульсов

ПППИ пропорционален значениям модулирующего напряжения в тактовых точках. Обычно применяется ФИМ-2 (рис. 9). При отрицательных значениях модулирующего сигнала импульсы ПППИ

смещаются влево, при положительных - вправо.

Для определения спектрального состава ФИМ сигнала предположим, что модулирующий сигнал описывается выражением (4). При этом величина временного сдвига Ас-го импульса относительно тактовой точки определяется формулой Атк = тфСмакс$'тсос1 где тф - коэффициент глубины модуляции. Обозначим максимальный временной сдвиг Атмакс = тфСмакс. Текущая фаза модулированной по фазе ПППИ определяется величиной Ати тактовой частотой

9(1) = + Дфмакс Бт (ос1 (30)

где А(рмакс = Атиыс&д - индекс модуляции. Мгновенная частота следования импульсов будет равна