книги из ГПНТБ / Панкратов, В. П. Фазовые искажения и их компенсация в каналах тч при передаче дискретных сигналов

Ч А С Т Ь Ш

КОРРЕКТИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИИ В КАНАЛАХ ТЧ

ГЛ А В А 8. ПОДГОТОВКА КАНАЛОВ ТЧ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ

СИГНАЛОВ

8.1. Методы повышения пропускной способности каналов

Ограничение спектра частот передаваемых сигналов и неравномерность частотных характеристик каналов тч являются 'Причинами возникновения межсимвольных влияний, которые заметно снижают скорость 'передачи дискретных сигналов, а следовательно, пропускную спо­ собность каналов тч. Для повышения пропускной спо­ собности каналов необходимо, прежде всего, компенси­ ровать неравномерность частотных характеристик путем дополнения их характеристиками корректирующих уст­ ройств, включ-аемых на выходе канала тч (ем. рис. 7.1).

Кроме того, уменьшение мешающего действия меж­ символьных влияний достигается корректированием фор­ мы дискретного сигнала. В этом случае корректор, яв­ ляющийся составной частью аппаратуры передачи дан­ ных, устанавливается на выходе демодулятора либо, кро­ ме того, на входе модулятора. Отсюда следует, что кор­ ректоры сигнала обеспечивают компенсацию искажений, вносимых уплотняемым каналом тч, либо создают предыскажения, которые затем устраняются действием

канала [5].

Остановимся на анализе методов корректирования частотных характеристик и, главным образом, на кор­ ректировании фазовых искажений в каналах тч.

Уменьшение криволинейности или линеаризаций фа­ зо-частотной характеристики тракта может быть достиг­ нуто с помощью корректирующих устройств минимально фазового и неминимально фазового типа.

Изменение фазо-частотной характеристики минималь­ но фазовыми цепями, как известно, сопряжено с 'изме­ нениями амплитудно-частотной характеристики. Поэто-

211

му корректирующие устройства, включающие только цепи минимально фазового типа, вместе с изменением фазо-частотной характеристики тракта вносят измене­ ния амплитудно-частотной характеристики, которые мо­ гут нежелательным образом сказаться на форме «прини­ маемых сигналов. Это в значительной степени ограничи­ вает возможности использования цепей минимально фа­ зового типа в качестве корректирующих устройств кана­ лов магистральной связи, хотя в последнее время они опять начинают применяться для корректирования фа­ зовых искажений каналов тч. Важным Достоинством кор­ ректирующего устройства такого типа является то, что суммарная фазо-частотная характеристика будет иметь меньший наклон, чем характеристика корректируемого канала тч.

Таким образом, минимально фазовый корректор, включающий усилитель и амплитудно-выравнивающий четырехполюсник, уменьшает неравномерность частот­ ной характеристики путем введения отрицательного группового времени, тогда как корректоры других типов вносят дополнительное групповое время, заметно увели­ чивая общее групповое время канала и корректора. Уве­ личение группового времени тракта передачи дискрет­ ных сигналов является нежелательным, так как приво­ дит к усложнению запоминающихся ячеек аппаратуры передачи данных с решающей обратной связью.

Корректирование цепями минимально фазового типа является также применение выравнивателей, включаю­ щих звенья фильтров нижних и фильтров верхних частот, частота среза которых выбирается вне используемой по­ лосы частот. Положительным свойством корректирую­ щих устройств этого типа является возможность полу­ чения плавных частотных зависимостей группового вре­ мени. Однако применять фазовыравнивающие устрой­ ства, включающие только фильтрующие звенья, для кор­ ректирования каналов тч нецелесообразно потому, что для обеспечения сравнительно большой крутизны нара­ стания характеристики группового времени, которая встречается в каналах, необходимо использовать боль­ шое число звеньев, что сопряжено с целым рядом допол­ нительных трудностей. Кроме того, с помощью рассмат­ риваемых цепей трудно обеспечить требуемую точность фазового корректирования. Поэтому они используются лишь для первоначальной грубой коррекции в дополне­ ние к корректорам других типов.

212

Изменение фазовой характеристики тракта возмож­ но также путем применения неминимально фазовых ш-производных фильтрующих звеньев или фильтров с линейной фазо-частотной характеристикой [7, 60, 67]. В этом случае специальным образом должны рассчиты­ ваться фильтры аппаратуры уплотнения. Однако они по­ лучаются значительно сложнее и больше по габаритам, чем фильтры, выполненные без учета линеаризации фа­ зовой характеристики. Поэтому использование таких фильтров оказывается возможным только в групповых трактах аппаратуры уплотнения для улучшения фазо­ частотных характеристик широкополосных каналов, а применять их в индивидуальном оборудовании каналов тч нецелесообразно.

Наиболее широкое распространение для корректиро­ вания фазовых искажений тракта передачи дискретных сигналов из числа возможных неминимально фазовых цепей получили скрещенные фазовые контуры, содержа­ щие реактивные элементы — индуктивности и емкости. При физической реализации фазовых контуров чаще всего используются Т-образные перекрытые схемы, по­ лученные путем эквивалентных преобразований скрещен­ ных мостовых фазовых звеньев второго или первого по­ рядка. Фазовыравнивающие устройства для каналов тч в зависимости от величины неравномерности и требуе­ мой точности корректирования включают от пяти до пят­ надцати пассивных фазовых звеньев, состоящих из эле­ ментов LC, либо /?С-активных фазовых звеньев. Основ­ ным преимуществом /?С-акти®ных фазовых звеньев яв­ ляется возможность их микроминиатюризации.

Фазокорректирующие устройства принято классифи­ цировать на индивидуальные, стандартные и переменные.

Индивидуальные фазовыравнивающие устройства предназначены для корректирования некоммутируемых каналов тч стационарных магистралей связи. Они уста­ навливаются на отдельные (арендованные) каналы, спе­ циальным образом рассчитываются и настраиваются под их характеристики. Такие устройства позволяют полу­ чить максимальную точность корректирования фазо-час­ тотной характеристики (порядка Зч-6° или ± 504-100 мс).

Стандартные или усредненные фазовыравнивающие устройства предназначены для корректирования различ­ ных каналов тч, коммутируемых в процессе эксплуата­ ции. Как видно из названия, они рассчитываются под усредненные характеристики каналов одной группы ап­

213

паратуры уплотнения либо одного типа каналов. Такие корректоры обычно выполняются в виде отдельных сек­ ций, каждая из которых обеспечивает корректирование характеристики одного переприемного участка. Поэтому настройка корректора при подготовке транзитных ка­ налов заключается лишь в выборе определенного числа секций, соответствующего количеству переприемных участков. Никаких дополнительных измерений суммар­ ной фазо-частотной характеристики или частотной зави­ симости группового времени не делается и не требуется. В этом и состоит главное преимущество стандартных фа­ зовыравнивающих устройств. Естественно, что стандарт­ ные корректоры обеспечивают значительно меньшую точ­ ность корректирования, чем индивидуальные. Обычно точность корректирования усредненных фазовыравнивателей обеспечивается порядка 15ч-20° или ±250 мс в диа­ пазоне корректирования. Заметное снижение точности наблюдается при каскадном включении нескольких сек­ ций, обеспечивающих корректирование транзитных ка­ налов. Некоторое повышение точности фазового коррек­ тирования транзитных каналов тч может быть получено применением парных стандартных корректоров СТ-1 и СТ-2, отличающихся резонансными частотами фазовых звеньев (резонансные частоты одного должны распола­ гаться между резонансными частотами другого), причем каждый из них рассчитан на корректирование характе­ ристик одного переприемного участка. Иногда для по­ вышения точности корректирования стандартные фазо­ выравнивающие устройства дополняют переменными фа­ зовыми звеньями.

Широкое распространение для корректирования ком­ мутируемых каналов тч находят переменные фазовырав­ нивающие устройства. В состав такого устройства, пред­ назначенного для корректирования одного-двух пере­ приемных участков, обычно включается 7—9 основных пассивных переменных фазовых звеньев, каждое из ко­ торых обеспечивает изменение группового времени сту­ пенями через 0,3 мс в пределах 0,7ч-1,9 мс в сравнитель­ но узком диапазоне частот (3004-250 Гц), и несколько дополнительных звеньев, вносящих малую неравномер­ ность группового времени (0,64-0,7 мс), но в более ши­ роком диапазоне частот (7004-800 Гщ). Особенностью использования переменных фазовыравнивающих уст­ ройств является необходимость настройки положения ре­ гуляторов. Применение специальных датчиков измери­

214

тельных сигналов и осциллографа или электронной при­ емной схемы позволяет сравнительно быстро подстроить переменный фазовый корректор под характеристики уп­ лотняемого канала тч. Примером фазового корректора, имеющего постоянные и переменные фазовые звенья, может служить комплект ФК-1, в который, кроме фазо­ вого корректора, входит индикатор настройки фазового корректора ИНФК.

Помимо ступенчатой регулировки частотной характе­ ристики группового времени, иногда требуется плавная регулировка, которая может 'быть получена включением активного корректора е резонансным контуром в одном плече. Однако такой корректор (звено) осуществляет корректирование в узком диапазоне частот, поэтому для корректирования 'всей эффективно передаваемой полосы частот канала тч необходимо задействовать около 7— 10 звеньев, каждое из которых должно включать тран­ зисторы и трансформатор. Все это приводит к громозд­ кости и высокой стоимости рассматриваемого коррек­ тора.

Для устранения амплитудно-частотных искажений, вносимых фазовыми звеньями, приходится вводить спе­ циальные амплитудные выравниватели либо включать усилители, в цепях отрицательной обратной связи кото­ рых имеются контуры, изменяющие усиление соответст­ вующим образом.

Колебательная форма отклонения фазо-частотной и амплитудно-частотной характеристик откорректирован­ ного тракта является причиной появления опережающих и отстающих эхо-сигналов, которые вызывают межсим­ вольные связи импульсов передаваемой комбинации. Для компенсации эхо-сигналов применяют гармонические кор­ ректоры, частотные характеристики которых разлага­ ются в ряды гармонических функций: амплитудно-частот­ ная характеристика— в косинусный ряд, а фазо-частот­ ная характеристика— в синусный ряд. В состав таких корректоров входит секционированная линия задержки с отводами, с которых сигнал подается в сумматор с раз­ личными амплитудами и определенным сдвигом по вре­ мени, зависящим от характеристик корректируемого тракта. Гармонический корректор обычно используется для дополнительного точного корректирования частот­ ных характеристик тракта, в котором предварительно уже осуществлено фазовое корректирование стандарт­ ным фазовыравнивателем. Несмотря на относительную

2 1 5

сложность гармонических корректоров, они получают все более широкое распространение в системах передачи дискретных сигналов, так как обладают важными поло­ жительными качествами: высокой точностью корректи­ рования фазо-частотной характеристики (порядка 1—3°) и возможностью автоматизации подбора параметров гармонического корректора под характеристики коррек­ тируемого канала тч.

Приведенный обзор методов повышения пропускной способности каналов тч путем корректирования частот­

1.Наиболее распространенным и удобным в эксплу­ атационном отношении методом корректирования яв­ ляется применение стандартных фазовыравнивающих устройств.

2.Повышение точности фазового корректирования может быть достигнуто сочетанием стандартных фазо­ выравнивающих устройств с переменными фазовыми

звеньями.

3.Для компенсации амплитудно-частотных искаже­ ний тракта целесообразно применять амплитудные вы­ равниватели либо усилители с частотнозависимыми це­ пями отрицательной обратной связи.

4.Применение гармонических корректоров позволяет создать автоматически управляемую систему корректи­ рования частотных характеристик тракта, обеспечиваю­ щую требуемую точность корректирования.

Расширение используемой полосы частот тракта поз­ воляет передавать дискретные сигналы по каналам тч со скоростью 2400 Бод при симметричном расположении частоты несущего колебания в однократных системах передачи и со скоростью 4800 Бод или 9600 Бод — в мно­ гократных системах.

8.2. Фазовые корректирующие контуры

При синтезе четырехполюсников в зависимости от условий решаемой задачи могут быть заданы требова­ ния к частотным (амплитудно-частотной, фазо-частотной характеристике или той и другой одновременно), им­ пульсным и переходным характеристикам цепи. Однако какая бы характеристика не задавалась, 'всегда прихо­ дится оперировать передаточной функцией, которая для

216

электрических цепей с сосредоточенными элементами может быть представлена в ввде

Для физической реализуемости операторной передаточ­ ной функции (8.1) необходимо и достаточно, чтобы все коэффициенты функции были бы вещественны, а в зна­ менателе рациональной дроби стоял бы полином Гурвица

Г)олином*Гурвица называют полином*! переменной р, у которого все нули расположены в левой полуплоско­ сти комплексной переменной р= о -И со, т. е. уравнение V(p) = Q имеет либо вещественные отрицательные корни, либо комплексно-сопряженные корни с отрицательной вещественной частью. Отсюда следует первое свойство полинома Гурвица, заключающееся в том, что он может быть представлен произведением полиномов первой и второй степени с вещественными положительными коэф­ фициентами. Действительно, пусть рассматриваемыми нулями полинома Гурвица будут р\ ——си; р%=—02+ i « 2; рз=—02—i С02, тогда представление V(p) произведением

Вторым свойством полинома Гурвица, вытекающим из 1(8.3), (8.4), (8.5), является то, что ни один из коэф­ фициентов а\, а2 ... ап полинома (8.2) не равен нулю и все они положительны. Следовательно, полином Гурвица можно представить суммой четных и нечетных степеней в виде

где М(р2) и N (р2) — четные полиномы.

217

Подстановка p = ico в (8.4) и (8.5) позволяет пред­ ставить полином (8.2) в виде комплекса полинома Гурвица

V (i«,) = | V (i ш) | е,,г(м) = | V (i со)| cos cpr(co)+i\V(i со) | sin Фг(со).

(8.8)

Аргумент q)iv(co) комплекса полинома Гурвица степени п устойчивой электрической цепи обладает тем 'свойством, что при изменении круговой частоты tco от 0 до оо он монотонно возрастает и изменяется в пределах от О до л («/2).

Полином W(p) числителя выражения (8.1) вследст­ вие первого условия физической реализуемости должен иметь корнями вещественные или комплексно-сопряжен­

могут быть вещественные или комплексные попарно со­ пряженные числа, либо те и другие одновременно, при­ чем полюса должны быть вещественными отрицатель­ ными или иметь отрицательную вещественную состав­ ляющую. Полюса функции Т(р), расположенные на мни­ мой оси, определяют цепь, находящуюся на границе устойчивости, которая при наличии активных элементов может быть устойчивой или переходить в режим само­ возбуждения.

Таким образом, расположение полюсов функции Т(р) в левой полуплоскости определяется условиями физи­ ческой реализуемости устойчивой от самовозбуждения электрической цепи. Важное влияние на свойства элек­ трических цепей оказывает расположение нулей функ­ ции Т(р), что является основой для классификации их на два различных типа: минимально фазовых и немини­ мально фазовых.

Минимально фазовыми цепями называют электричес­ кие цепи, операторные передаточные функции которых не имеют нулей в правой полуплоскости; все же 'Осталь­ ные цепи относятся к числу . неминимально фазовых. Частным случаем цепей неминимального фазового типа являются фазовые контуры, операторная передаточная функция которых записывается в виде

У (-р)

(М О )

V(p)

218

В числителе дроби (8.10) стоит сопряженный полином Гурвица, нули которого зеркально отображают на пра­ вую плоскость нули полинома Гурвица. В этом легко убедиться, если заменить р на —р в полиноме Гурвица:

Следовательно, нули и полюса операторной передаточ­ ной функции фазовых контуров располагаются симмет-

первого порядков. Такой вы­ вод непосредственно следует из первого свойства поли­

нома Гурвица. Для передаточной функции третьего по­ рядка можем записать

дый множитель разложения передаточной функции (8.12) реализуется фазовым контуром первого или -вто­ рого порядка. Поэтому цифры I и II, стоящие около ну­ лей и полюсов на рис. 8.1, -означают принадлежность их

219