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

Нижняя граничная частота полосы пропускания на уровне 3 дБ ЯС-фильтра верхних частот (см. рис. 14, б), равна

Ограничение полосы пропускания снизу приводит к переходным влияниям между каналами из-за появления у импульсов спада вершины и выбросов обратной полярности, показанных на рис. 14, б). Эти выбросы затухают очень медленно, а потому влиянию переходов подвергаются каналы, значительно более удаленные во времени от влияющего канала, чем это имело место при ограничении полосы пропускания группового тракта сверху. Этот вид искажений называется искажениями 2-го рода, а переходные помехи - переходными помехами 2-го рода.

Рис. 14. Неискаженный и искаженный импульсы группового сигнала (а);

эквивалентная схема группового тракта передачи в области нижних частот (б)

Оценка переходных помех 1-го рода. Механизм возникновения переходных помех для различных видов импульсной модуляции отличается: при АИМ значение переходной помехи зависит от изменения амплитуды импульса канала, подверженного влиянию, при ШИМ и ФИМ значение переходной помехи пропорционально изменению фронтов импульсов на выходе ограничителя амплитуд канала, подверженного влиянию.

Определим величину переходной помехи в соседнем канале, (см. рис. 13, а). Спад напряжения на конденсаторе С1 (см. рис. 13, б),

Для определения напряжения переходной помехи в соседнем канале достаточно решить уравнение (57) относительно t, положив в (57)

где тд - величина, зависящая от способа демодуляции последовательности отсчетов сигнала.

При демодуляции с помощью фильтра нижних частот величина

Защищенность от переходной помехи 1-го рода определится вы-

Ранее было указано, что при удалении во времени от влияющего канала переходные помехи 1-го рода заметно затухают. Считая, что т3 = ти, и воспользовавшись полученными выше соотношениями, можно получить, что, например, при отношении (т3 + Td)/RiCi= 3 затухание переходных влияний первого канала будет на 52 дБ больше, чем на второй. Однако этот случай практически не реален, так как здесь предполагается, что затухание переходных влияний первого канала на второй составляет всего 26 дБ. В действительности нормы затухания переходов между каналами более высокие. Если учесть, что затухание переходов с первого канала на второй должно быть, например, около 60 дБ, то затухание переходов с первого на третий возрастает до 180 дБ, т.е. можно сделать вывод о практической нецелесообразности учета переходных влияний 1-го рода на дальние каналы.

В формуле (66) переходная помеха во втором канале определена в момент начала временного интервала этого канала, а не для произвольного времени. Однако это мало сказывается на результатах оценки взаимного влияния каналов, так как при достаточно больших значения Я2С2 затухание выброса обратной полярности в переделах одного временного интервала пренебрежимо мало. В наиболее характерных случаях ти + т3 = 10 И2С2. Следовательно, даже через 10 временных интервалов, отсчитанных от начала интервала второго канала, напряжение переходной помехи уменьшится не больше, чем на 1 % по сравнению с его величиной во втором канале.

Когда по влияющему каналу передается последовательность отсчетов, то образуется суммарное напряжение переходных помех 2-го рода в момент времени Г, вызванное действием переходных помех от множества отсчетов.

Если по влияющему каналу передается синусоидальное колебание низкой частоты £ значительно меньше частоты дискретизации Га, то можно показать, что суммарное напряжение переходной помехи с учетом (56) будет равно

(67)

Как следует из последнего выражения, величина суммарной переходной помехи 2-го рода определяется параметрами модулирующей последовательности и не зависит от величины защитного интервала, и помехи такого вида поражают практически все каналы СП с ВРК.

Защищенность от переходных помех, как следует из рис. 14, а и (67), равна

(68)

д ен * и

Переходные помехи 2-го рода имеют место при различных видах импульсной модуляции, но, как показывают расчеты, при ФИМ защищенность от переходных помех 2-го рода больше, чем при АИМ и ШИМ.

Необходимым значением защищенности от переходных помех 2-го рода в значительной мере определяются требования к частотным характеристикам трактов передачи в области низких частот.

Обобщенная структурная схема системы передачи с временным разделением каналов на основе фазоимпульсной модуляции

Очевидные достоинства фазоимпульсной модуляции (ФИМ) обеспечили ее достаточно широкое применение для построения радиорелейных СП с ВРК. На рис. 15 показана упрощенная структурная схема СП с ВРК на основе ФИМ с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) на ступени индивидуального преобразования и последующего группового преобразования АИМ сигнала в групповой ФИМ сигнал (возможно использование на ступени индивидуального преобразования и широтно-импульсной модуляции - ШИМ).

На рис. 15 приняты следующие обозначения: ФНЧ - фильтр нижних частот, предназначенный для ограничения полосы частот первичного сигнала, формирующий эффективно-передаваемую полосу частот канала и определяющий минимальное значение частоты дискретизации; КАИМ - канальный амплитудно-импульсный модулятор; АИМ—»ФИМ - преобразователь группового АИМ сигнала в групповой ФИМ сигнал; ОУ - объединяющее устройство, осуществляющее объединение информационных ФИМ сигналов с синхросигналами; ФИМ—>АИМ- преобразователь ФИМ группового сигнала в АИМ групповой сигнал; КС - канальный селектор, выделяющий канальный АИМ сигнала из группового АИМ сигнала; ФНЧ-фильтр нижних частот, выделяющий первичный сигнал из спектра канального АИМ сигнала, т.е. осуществляющий демодуляцию АИМ сигнала; ЗГ - задающий генератор, необходимый для формирования периодической последовательности импульсов; РИК - распределитель импульсов каналов, обеспечивающий формирование периодической последовательности импульсов, следующих с частотой дискретизации и управляющих работой КАИМ; ФСС - формирователь синхросигнала, обеспечивающего синхронную работу задающих генераторов оконечных станций и, следовательно, канальных амплитудно-импульсных модуляторов на передаче и канальных селекторов на приеме; ПрСС - приемник синхросигнала, выделяющий из группового ФИМ сигналы цикловой синхронизации.

Определим число каналов, которое можно получить при построении СП с ВРК на основе импульсной модуляции. На рис. 16 показана последовательность импульсов группового ФИМ сигнала.

1 -й канал -ЧФНЧ |~»|"кАИМ \

Рис. 15. Упрощенная структурная схема СП с ВРК на основе ФИМ с амплитудно-импульсной модуляцией на ступени индивидуального преобразования

Рис. 16. К определению числа каналов СП с ВРК на основе фазоимпульсной модуляции

где N - число каналов СП с ВРК на основе ФИМ; т3 - защитный интервал между каналами; Лтт - максимальное смещение (девиация) импульсов; Г-период дискретизации; г-временной интервал между канальными импульсами немодулированной последовательности импульсов. При этом полагаем, что длительность канальных импульсов мала по сравнению с величинами т3 и Лтт.

Из формулы (69) получаем формулу для определения числа каналов СП с ВРК на основе ФИМ

N = 2 А т т + т 3 , (70)

а максимальная девиация импульсов при заданном количестве каналов Л/ равна

Обычно в реальных СП с ВРК на основе ФИМ или ШИМ величину

3 Л

защитного интервала принимают равной т3 = — Атт и, следовательно, с учетом (71), максимальная девиация импульсов при фазоим-

для шестиканальной СП с ВРК на основе ФИМ Лтт = 6 мкс, для двенадцатиканальной - Лтт = 3 мкс и для двадцатичетырехканаль-

НОЙ - Лтт = 1,5 МКС.

Системы передачи с ВРК на основе различных методов импульсной модуляции обладают одним важным недостатком: накоплением помех и, следовательно, ограниченной дальностью связи при заданных требованиях на качество передачи информации. Этот недостаток значительно ослабляется применением цифровых методов передачи сигналов.

Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля

1.Почему теорема Котельникова применима только к непрерывным сигналам с ограниченным спектром?

2.Какие искажения имеют место при дискретизации непрерывного сигнала, если частота дискретизации меньше удвоенного значения максимальной частоты сигнала?

3.Задана импульсная последовательность с параметрами ти = 1 мкс, период Та = 4 мкс и А = 4В (см. рис. 3). Определить частоту следования импульсов Ра, ширину спектра -4Р до первого нуля частотного спектра импульсной последовательности, постоянную составляющую и дискретные составляющие до пятой гармоники частоты Ра. Изобразить частот-

ный спектр данной последовательности импульсов.

4.Что такое АИМ-1 и АИМ-2, в чем их отличие и когда эти различия исчезают?

и пути их устранения.

7.Спектральный состав АИМ сигнала и способ его демодуляции.

8.Спектральный состав ШИМ сигнала и способ его демодуляции.

9.Спектральный состав ФИМ сигнала и особенности его демодуляции.

10.Назначение фильтров нижних частот, включаемых на входе канальных амплитудно-импульсных модуляторов и на выходе канальных селекторов СП с ВРК.

11.Необходимость синхронной работы канальных амплитудноимпульсных модуляторов и канальных селекторов.

12.Почему в СП с ВРК используется только ФИМ, но обязательно в сочетании с АИМ или ШИМ?

13.Амплитудно-импульсной модуляции подвергается сигнал, соответствующий каналу тональной частоты. Ширина полосы расфильтровки фильтров, включаемых на входе канального амплитудно-импульсного модулятора и на выходе канального

селектора, равна Л/р = 1,2 кГц. Определить минимальное значение частоты дискретизации, при котором будут отсутствовать искажения дискретизации.

14. Дискретизации во времени подвергается сигнал с полосой частот от 60 до 84 кГц. При каких из перечисленных ниже значениях частоты дискретизации искажений дискретизации наблюдаться не будет; 48 кГц, 96 кГц, 144 кГц и 192 кГц? Фильтры, используемые в канальных амплитудноимпульсном модуляторе и селекторе, считать идеальными.

15.Определить минимальное значение частоты дискретизации аналогового сигнала, занимающего полосу частот 0,3...3,4 кГц, если на входе канального амплитудно-импульсного модулятора и на выходе канального селектора включаются фильтры нижних частот с крутизной характеристики затухания, равной 0,1 дБ/Гц, и затухание в полосе эффективного задерживания равно 60 дБ.

Часть 5. Построение цифровых систем передачи

Л е к ц и я 11

Общие принципы формирования и передачи сигналов в цифровых системах передачи

Постановка задачи

Системы передачи с частотным и временным разделением каналов относятся к аналоговым системам передачи (АСП), так как при их построении используются аналоговые методы модуляции, когда параметры переносчика принимают в некоторой области их изменений практически неограниченное множество значений. Это затрудняет выделение сигналов на фоне помех, коррекцию различного вида искажений и ведет к их накоплению.

Избежать накопления помех и искажений возможно, если известно как можно больше параметров линейного сигнала. При этом достаточно только иметь информацию о наличии сигнала на фоне помех и искажений, чтобы его полностью восстановить по известным параметрам и тем самым исключить влияние помех и искажений и их накопление.

Такие возможности открывают цифровые методы передачи сообщений, позволяющие существенно снизить, а иногда и вообще избежать процесса накопления помех и искажений.

Сущность цифровых методов передачи состоит в том, что параметры переносчиков могут принимать конечное (счетное) множество значений, изменяющееся через известные квантованные значения. Примером такой обработки сигналов является переход от передачи непрерывных сигналов к передаче их дискретных (отсчетных) значений, отбираемых согласно теореме В. А. Котельникова, методами импульсной модуляции информационных параметров переносчиков, принимающих неограниченное множество состояний. Дискретными методами можно ограничить и эти множества. Например, при амплитудно-импульсной модуляции амплитуды отсчетов принимают любые значения в пределах от Амин до Амакс. Используя дискретизацию амплитудных значений отсчетов, можно заменить

неограниченное множество амплитуд отсчетов конечным (счетным) множеством, образующих дискретный ряд амплитуд 8, 26,..., М8

в диапазоне от Амин до Амакс. Этот ряд квантованных отсчетов называется разрешенными состояниями. Замена непрерывного множе-

ства амплитуд отсчетов дискретным называется квантованием по уровню, а соответствующий сигнал - квантованным по уровню.

Величина 8называется шагом квантования, число которых

м = (Амакс - А „и„)/8 .

При широтно-импульсной модуляции длительность импульсов принимает неограниченное множество состояний в пределах от тмин до тмакс. Применяя процесс квантования для ШИМ сигналов, можно вышеназванное множество заменить дискретным рядом длительно-

ную процедуру можно выполнить и для сигналов фазоимпульсной модуляции.

Существенное достоинство дискретных методов передачи состоит в том, что они позволяют значительно уменьшить накопление помех вдоль линии путем восстановления (регенерации) сигнала. Возможность регенерации основана на том, что в дискретных системах передачи все разрешенные состояния квантованного сигнала в точности известны в пункте приема. Это позволяет сравнить принятый сигнал, подвергшийся воздействию помех и искажений, со всеми разрешенными в данной системе состояниями сигнала, выбрать из них наиболее близкий к принятому и направить его получателю. Наиболее просто процесс регенерации выполняется для двоичных сигналов, т.е. для сигналов с двумя разрешенными состояниями.

При связи на большие расстояния регенерацию можно повторить неоднократно, разделяя линию связи на отрезки и устанавливая в конце каждого из них восстанавливающее сигнал устройство, называемое регенеративной трансляцией.

В современных цифровых системах передачи (ЦСП) непрерывные первичные сигналы подвергаются дискретизации методами амплитудно-импульсной модуляции и затем квантуются по уровню. Квантованные отсчеты подвергаются кодированию, с помощью которого образуется цифровой сигнал, представляющий случайную последовательность токовых («единиц») и бестоковых («нулей») посылок.