Скалин Цифровые системы передач

Рис. 1.10. Форма сигнала при АИМ-1 Рис. 1.11. Частотный спектр АИМ при (а) и АИМ-2 (б) гармоническом модулирующем сигнале

При дискретизации сложного сигнала со сплошным спектром частотные спектры сигналов АИМ-1, АИМ-2 (рис. 1.12) будут содержать все составляющие модулирующего сигнала и боковые полосы частот около частоты дискретизации и ее гармоник. При этом следует обратить внимание на различие частотных спектров АИМ-1 и АИМ-2. Спектральный состав сигналов АИМ-2 по своей структуре (рис. 1.12,6) не отличается от структуры спектра сигналов АИМ-1 (рис. 1.12, а), однако при АИМ-2 изменение спектральных составляющих модулирующего сигнала и боковых полос зависит от длительности импульса ти, что в принципе приводит к амплитудно-частотным искажениям демодулированного из АИМ-2 сигнала при ти>0,27,д. В реальных ЦСП ти<0,17,д и спектры совпадают практически полностью, а амплитудно-частотные искажения при демодуляции сигналов АИМ-2 незначительны.

Рис. 1.12. Частотные спектры сигналов АИМ-1 (а) и АИМ-2 (б)

Рис. 1.13. Амплитудно-импульсная модуляция разнополярных отсчетов

(а) и ее частотный спектр (б)

При дискретизации сигналов телефонных сообщений и сигналов вещания дискретные отсчеты представляют собой последовательности разнополярных импульсов переменной амплитуды (рис. 1.13,а). При таком виде АИМ сигналов в их спектре отсутствуют составляющие частоты дискретизации и ее гармоник (рис. 1.13,6).

Выбор частоты дискретизации. На основании теоремы Котельникова

F^2FB. Если выбрать Fa=2FB, то, как видно из рис. 1.14, а, нижняя боковая частота, определяемая из условия Рл—FB = 2Fb— —FB = FB, совпадает с верхней частотой спектра модулирующего сигнала и для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов необходимо использовать идеальный ФНЧ с частотой среза FQ = FB. В

реальных системах частоту дискретизации выбирают из условия Fz>2FB.

Обычно Fa = (2,3...2,4)74. Так, при дискретизации телефонных сигналов с диапазоном частот 0,3...3,4 кГц частота дискретизации равна 8 кГц.

Как видно из рис. 1.14,6, в данном случае упрощаются требования к параметрам ФНЧ, так как при этом образуется достаточно

Рнс. 1.14. Выбор частоты дискретизации 10

но широкая (1,2 кГц) переходная полоса частот Д/ппч для рас-

фильтровки, которая позволяет использовать простые ФНЧ на приеме для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов.

Пример. Выбрать частоту дискретизации и определить переходную полосу частот для ФНЧ при дискретизации сигналов вещания первого класса с диапазоном частот 0,05 ... 10 кГц.

На основании теоремы Котельникова F^^2Fe, следовательно, в нашем случае F„>20 кГц. Для телефонного сигнала стандартная частота дискретизации Fa=8 кГц. При организации канала вещания (вместо трех телефонных каналов) частота дискретизации сигналов вещания должна быть кратна частоте дискретизации телефонного канала и равна 8X3 = 24 кГц. Переходная полоса частот для ФНЧ Д/ппч = 4 кГц.

Выбор частоты дискретизации группового сигнала. При построении систем ИКМ—ЧРК осуществляется дискретизация сигналов, диапазон частот которых соответствует диапазону частот стандартных групп в системах с ЧРК.

Рассмотрим вопросы выбора частоты дискретизации первичной стандартной 12-канальной группы со спектром частот 60... 108 кГц. Диапазон частот группы ограничен не только сверху, но и снизу. Поэтому частоту дискретизации в этом случае выбирают так, чтобы в спектре АИМ сигнала спектр дискретизируемо-го сигнала не перекрывался с боковыми спектрами около частоты дискретизации и ее гармоник (рис. 1.15). Для сигнала первичной стандартной 12-канальной группы при Fa=ll0 кГц (рис. 1.15)

спектр АИМ сигнала содержит спектр дискретизируемого сигнала в диапазоне частот 60...108 кГц, нижнюю боковую полосу около частоты дискретизации, определяемую из условия AF„6i=FA— (/=,H...FB) = 110 кГц —

(60...108) кГц=(2...50) кГц, верхнюю боковую полосу около частоты дискретизации АРвы=Рд+ (FH...FB) = = 110 кГц+(60...108) кГц= (170...218)

кГц, нижнюю боковую полосу второй гармоники частоты дискретизации

AFn62 = 2FM—— (F„...FB)=220 кГц-(60...108) кГц= (112...160) кГц, верхнюю боковую полосу второй гармоники частоты дискретизации AF„62 = =2F«-r-

(F„...FB)=220 кГц+(60...108) кГц= (280...328) кГц.

Как видно из рис. 1.15, спектр полезного сигнала и спектры около частоты дискретизации и ее гармоник не перекрываются.

Рис. 1.15. Составляющие спектра сигнала при дискретизации первичной 12-канальной группы

При таком выборе частоты дискретизации можно осуществить Восстановление без искажений информационного сигнала из пос-

ледовательности его отсчетов с помощью полосового фильтра ПФ с полосой пропускания 60... 108 кГц.

Увеличение частоты дискретизации приводит к росту верхней частоты нижней боковой полосы НБ1 и в пределе, при отсутствии перекрытия спектров НБ1 и информационного сигнала, верхняя частота нижней боковой полосы равна 60 кГц. Из этого следует, что при дискретизации групповых сигналов, ширина спектра которых &F<iFn (48<60 кГц для 12-канальной группы), частота дискретизации выбирается из условия FB<.Fg,-<.2FH. Для упрощения реализации ПФ, восстанавливающих непрерывный сигнал, Fa

выбирается в середине диапазона 108... 120 кГц для первичной стандартной

12-канальной группы.

Если ширина спектра группового сигнала AF>FH, как, например, для третичной стандартной 300-канальной группы со спектром частот 812...2044

кГц, то частоту дискретизации можно выбрать из условия Fa>2FB, однако при этом не используется нижняя часть полосы частот до 812 кГц, что приводит к дополнительному расширению спектре АИМ сигнала. Для того

чтобы исключить такое расширение спектра, вводят дополнительную ступень преобразования, с помощью которой спектр сигнала 300-канальной группы смещается вниз по оси частот в диапазон 60... 1292 кГц. Это дает возможность снизить частоту дискретизации и выбрать ее из условия

/7Д>2584 кГц.

Пример. Рассчитать частоту дискретизации группового сигнала вторичной стандартной 60-канальной группы.

Ширина спектра частот группы 312 ... 552 кГц, Af=240 кГц, FH = 312

кГц, FB = 552 кГц. Из условия FB<Fn<2F„ находим, что Fa = 600 кГц.

Широтно- и временная импульсная модуляции. В системах связи с ВРК кроме АИМ используются и другие виды импульсной модуляции. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительность импульсов изменяется пропорционально величине модулирующего сигнала, а их амплитуда и положение по отношению к тактовым точкам остаются постоянными (рис. 1.16).

Различают одностороннюю и двустороннюю ШИМ. При односторонней ШИМ длительность импульса относительно тактового момента изменяется из-за перемещения одного из его фронтов (см. рис. 1.16,

а). При двусторонней ШИМ относительно тактовых точек перемещаются оба фронта импульса (см. рис. 1.16,6).

Частотный спектр ШИМ сигнала при модуляции гармоническим сигналом содержит полезный сигнал и ряд нижних и верхних боковых частот около Fn и ее гармоник (рис. 1.17). Так же как и при АИМ, восстановление

(демодуляция) непрерывного первичного сигнала при ШИМ осуществляется ФНЧ с частотой среза Qc. Однако в этом случае из-за наличия ряда нижних боковых составляющих (шд—Qc; о>д—2йс; о>д—Зйс, ... и т. д.) некоторые боковые составляющие, например шд—3QC, могут попадать в полосу пропускания ФНЧ, что приводит к комбинационным искажениям демодулированного сигнала.

Рис. 1.16. Широтно-импульсная моРис. 1.17. Спектр ШИМ модуляция:

а — односторонняя; б — двусторонняя

При временной импульсной модуляции (ВИМ) под воздействием модулирующего напряжения изменяется временное положение импульсов относительно тактовых точек, но их амплитуда и длительность остаются неизменными. Разновидностями ВИМ являются фазово-импульсная (ФИМ) и

частотно-импульсная (ЧИМ) модуляция.

По своему частотному составу спектры ШИМ, ФИМ и ЧИМ аналогичны, поэтому для всех видов импульсной модуляции при восстановлении (демодуляции) непрерывного сигнала с помощью ФНЧ характерно наличие комбинационных искажений.

1.3 ПРИНЦИПЫ ВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ

Групповой сигнал при ВРК. Временные диаграммы образования группового многоканального АИМ сигнала показаны на рис. 1.18.

Непрерывный сигнал каждого из каналов подвергается дискретизации с периодом T„^.\I2FB, где FB— верхняя частота спектра сигнала. Дискретные отсчеты сигналов в каждом из каналов сдвинуты по времени относительно друг друга на время Д*. Если число объединяемых каналов N, а период дискретизации Тя, то длительность импульса последовательности,

осуществляющей дискретизацию, должна быть меньше TJN и обычно

ти^0,57д/УУ, т. е. чем больше число уплотняемых каналов, тем короче длительность импульсов дискретизации и тем более широкая полоса пропускания или быстродействие требуется от устройств, обеспечивающих дискретизацию. Например, при JV = 30 И Tx=l/Fn = = I /8 -103 кГц=125 мкс,

ти< <0,57g/yV«2 мкс и, следовательно, Д/^бОО кГц.

Дискретные отсчеты каждого из каналов объединяются в групповой АИМ сигнал. Для того чтобы распределить на приеме отсчеты индивидуальных сигналов по своим каналам, необходимо в начале каждой группы канальных импульсов (КИ) ввести дополнительный импульс или группу импульсов, отличающихся по какому-либо признаку от импульсов канальных сигналов, например, как показано на рис. 1.18,

Рис 1.18. Временные диаграммы формирования группового сигнала в системах с ВРКпо длительности. Этот сигнал определяет начало цикла передачи и называется сигналом Цикловой синхронизации. Как видно,

длительность цикла передачи равна периоду дискретизации Гц=Гн. ' '

Структурная схема системы с ВРК. Структурная схема трех-канальной системы с ВРК приведена на рис. 1.19. В передающей части системы индивидуальные непрерывные сигналы через ФНЧ,

Рис. 1.19. Структурная схема системы с ВРК

ограничивающие их спектр частотой FB, поступают на электронные ключи, осуществляющие дискретизацию непрерывных сигналов.

Электронные ключи периодически с частотой дискретизации Fa подключают входное напряжение к нагрузке на время длительности импульса

Работой ключей управляют подаваемые от распределителя канальных импульсов РКИ последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые относительно друг друга на время Д*. Основная

Рис 1.20 Временные диаграммы разделения канальных сигналов в системах с ВРК

последовательность импульсов с частотой дискретизации F^ создается в генераторе тактовых импульсов (ГТИ). В сумматоре происходит

объединение дискретных отсчетов сигналов и импульсов цикловой синхронизации, вырабатываемых в формирователе импульсов цикловой синхронизации ФИЦС.

В приемной части аппаратуры приемник цикловой синхронизации

(ПЦС) выделяет импульсы цикловой синхронизации, которые управляют работой РКИ (рис. 1.20).

Импульсы последовательности с РКИ поступают на ключи своих каналов и осуществляют временную селекцию КИ из группового АИМ сигнала, например отсчетов сигнала первого канала. Фильтры нижних частот в приемной части аппаратуры восстанавливают непрерывные сигналы из их дискретных отсчетов. Из-за шумов в линии и ошибок формирования выделенный непрерывный сигнал С* (г) отличается от входного сигнала C(t).

Переходные помехи в системах ВРКИскажения сигналов, воз-

никающие при прохождении их через цепи с неравномерными амплитудно- и

фазочастотными характеристиками, называются л и-н е й н ы м и.

Линейные искажения группового АИМ сигнала возникают при его формировании и прохождении по цепям с ограниченной полосой пропускания. Передача импульсного сигнала по цепи с ограниченной или неравномерной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) приводит к тому, что форма импульсов искажается: происходит затягивание фронтов и образование выбросов, которые при определенных условиях могут перекрыть временные интервалы других каналов. В этом случае в системах ВРК возникают переходные помехи между каналами, а степень такого перекрытия определяет величину переходных помех.

Рис. 1.21. Искажения первого рода в Рис. 1.22. Искажения второго рода в системах с ВРК системах с ВРК

Ограничение полосы частот сверху происходит из-за ограниченного быстродействия транзисторов, используемых при формировании группового АИМ сигнала, и наличия реактивных элементов в цепях, по которым проходит групповой АИМ сигнал. В этом случае эквивалентную схему тракта передачи можно представить интегрирующей цепочкой. Передача прямоугольного импульса через такую цепочку сопровождается искажением его формы (рис. 1.21): фронт и спад импульса затягиваются, в результате чего увеличивается его длительность. Степень увеличения зависит от параметров цепочки или степени неравномерности АЧХ. При прохождении через такую цепь группового АИМ сигнала происходит перекрытие временных интервалов импульсов соседних каналов и суммирование остатка напряжения предыдущего отсчета с напряжением последующего отсчета

(рис. 1.21). При этом наглядно видно, что изменение амплитуды отсчета первого канала вызывает примерно такие же изменения остатка напряжения во втором канале и приводит к появлению в нем переходной помехи.

Наибольшее переходное влияние оказывают импульсы предшествующих каналов, влияние на более отдаленные по времени каналы заметно умень-

шается. Такие искажения и переходные помехи, возникающие из-за ограничения полосы сверху, называют искажениями 1-го рода.

Ограничение полосы частот снизу происходит из-за наличия в цепях прохождения группового сигнала (трансформаторов, емкостей) реактивных элементов. В этом случае эквивалентную схему тракта, по которому