Скалин Цифровые системы передач
.pdfпроходит групповой АИМ сигнал, можно представить дифференцирующей цепочкой. Импульс прямоугольной формы при прохождении по такой цепи искажается из-за спада АЧХ в области нижних частот, возникает скол вершины импульса и выброс отрицательной полярности (рис. 1.22). Если через такую цепь проходит групповой АИМ сигнал, то выбросы обратной полярности предыдущих импульсов уменьшают амплитуду отсчетов последующих импульсов (рис. 1.22), вызывая внятные переходные помехи. В
отличие от искажений 1-го рода отрицательные выбросы затухают очень медленно, а поэтому влиянию подвергаются каналы, значительно более отдаленные от влияющего. Искажения и переходные помехи из-за ограничения полосы снизу называют искажениями 2-го рода.
Таким образом, переходные помехи между каналами многоканальных систем с разделением по времени в отличие от систем с частотным разделением каналов возникают вследствие ограничения полосы пропускания группового тракта и неравномерности его АЧХ.
Нелинейные искажения группового сигнала при ВРК. Групповой АИМ сигнал проходит через тракт передачи, который обладает определенной нелинейностью и, следовательно, вызывает нелинейные искажения группового сигнала. Нелинейные искажения возникают при прохождении сигнала через нелинейные четырехполюсники, такие, как амплитудные ограничители, электронные ключи, импульсные усилители и т. д. В этом случае предполагают, что эти устройства являются безынерционными, т. е.
не ограничивают полосу передаваемого сигнала.
Рассмотрим прохождение группового АИМ сигнала через четырехполюсник с существенно нелинейной амплитудной характеристикой
(рис. 1.23). Как видно, на выходе такого четырехполюсника изменяются амплитудные соотношения отсчетов каждого из каналов, например на входе и выходе
Рис. 1.23. Влияние нелинейных искажений на групповой сигнал 9
системах с ВРК и влияние между соседними канальными отсчетами отсутствует, так как длительность импульсов не изменяется.
Следовательно, в отличие от систем передачи с ЧРК нелинейные искажения группового сигнала систем с ВРК не приводят к появлению взаимных переходных помех между каналами.
1.4 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОСИСТЕМ С ВРК
Рассмотренный ранее метод формирования группового сигнала с использованием АИМ находит широкое применение в индивидуальном оборудовании ЦСП. Однако в радиорелейных линиях РРЛ с ВРК практическое применение получили ФИМ как наиболее помехоустойчивая и ШИМ как вспомогательная при формировании группового ФИМ сигнала.
Рассмотрим упрощенную структурную схему аппаратуры РРЛ с ВРК
(рис. 1.24). Сигналы от абонентов поступают на дифференциальную систему,
разделяющую направления передачи и приема.
направлении передачи сигнал проходит через ФНЧ, ограничивающий спектр телефонного сообщения частотой 3,4 кГц, и поступает на канальный широтно-импульсный модулятор ШИМ.
Временные диаграммы формирования группового трехканального сигнала с односторонней ШИМ показаны на рис. 1.25. В преобразователе ШИМ-ФИМ импульсы дифференцируются (рис. 1.26) и с помощью ограничителя выделяются положительные импульсы, которые в формирующем устройстве преобразуются в прямоугольные импульсы постоянной длительности. В качестве формирующего устройства могут использоваться одновибратор или блокин-генератор, работающие в ждущем режиме. В групповой сигнал вводится также сигнал синхронизации из формирователя импульсов синхронизации ФИС.
Синхросигнал должен отличаться каким-либо признаком от канальных сигналов, например амплитудой. Сравнивая между собой
Рис. 1.24. Упрощенная структурная схема РРЛ с ВРК
Нрс. 1.25. Временные диаграммы формирования 3-ка-Цльного сигнала с односторонней ШИМ
групповые ШИМ и ФИМ сигналы (см. рис. 1.26), видим, что групповой многоканальный сигнал с ФИМ обладает тем преимуществом, что импульсы ФИМ сигнала имеют одинаковую длительность т«, в связи с чем переходные помехи между каналами при ФИМ, особенно из-за искажений 2-го рода,
будут существенно . меньше, чем при ШИМ. Групповой ФИМ сигнал поступает на модулятор передатчика. В радиосистемах передачи при модуляции радиочастотных колебаний обычно используются аналоговые виды модуляции: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ).
Сочетание вида модуляции индивидуальных сигналов при образовании группового сигнала (АИМ, ШИМ, ФИМ и т. д.) и вида модуляции радиочастотных колебаний (АМ, ЧМ и т. д.) определяет разновидность системы передачи, например, ШИМ-АМ, ШИМ-ЧМ, ФИМ-АМ и т. д. Из сравнения модуляций ШИМ-АМ и ФИМ-АМ (рис. 1.27) видно еще одно преимущество группового ФИМ сигнала, которое заключается в том, что во второй ступени преобразования средняя мощность передатчика при ФИМ-
АМ меньше, чем при ШИМ-АМ во столько же раз, во сколько длительность импульсов ФИМ сигнала меньше средней длительности ШИМ сигнала
(обычно в 5...10 раз).
Рис. 1.26. Временные диаграммы преобразования ШИМ-ФИМ ШИМ-
АМ и ФИМ-АМ
Рис. 1.27. Временные диаграммы
С выхода демодулятора приемного устройства Пр групповой ФИМ сигнал поступает на приемник синхросигнала ПС и на преобразователь ФИМ-ШИМ. Синхросигнал, выделенный ПС, управляет работой генераторного оборудования ГО, в котором формируются последовательности импульсов для использования в преобразователе ФИМ-
ШИМ и в канальных селекторах. В качестве преобразователя ФИМ-ШИМ можно использовать триггер с двумя входами (рис. 1.28, а), временные диаграммы работы которого показаны на рис. 1.28,6. Тактовые импульсы
(Вх. 1), поступающие с ГО, запускают триггер, а импульсы ФИМ (Вх. 2) его сбрасывают, и на выходе триггера формируются импульсы ШИМ сигнала.
Селекция (выделение) канальных импульсов осуществляется аналогично рассмотренной ранее. Восстановление непрерывного сигнала обеспечивается ФНЧ с частотой среза 3,4 кГц.
Рассмотрим вопрос об определении числа каналов, которое можно получить при образовании группового многоканального ФИМ сигнала (рис.
1.29).
Временной сдвиг импульса А* при ФИМ, происходящий под воздействием модулирующего напряжения, носит название девиации импульса. Максимальный временной сдвиг Мтах, соответствующий максимальному модулирующему напряжению, называется максимальной девиацией импульса.
Для работы системы разделения каналов и обеспечения допустимой величины переходных помех между импульсами соседних каналов необходим защитный интервал f3. Поэтому общее число
Рис. 1.29. Групповой многоканальный ФИМ сигнал
каналов, уплотняемых с помощью ФИМ, может быть определено из равенства (2htmax + t3)N= ГД, где N — число каналов; Тд = = 125 мкс при 7*^ = 8 кГц. Тогда максимальная девиация при заданном числе каналов Atmax = TAf2N—13/2.
В реальных системах защитный интервал с учетом длительности импульсов примерно равен 312Мтах, откуда Mmax = 2Ta/7N. При JV=6 Мтах — 6 мкс, при N=12 Мтах=3 мкс и при N = 24 &tmax= = 1,5 мкс.
Помехозащищенность в системах с ФИМ тем выше, чем больше Atmax.
В связи с этим число объединяемых каналов при ФИМ-АМ не превышает 24,
а при использовании более помехоустойчивой частотной модуляции, т. е. при ФИМ-ЧМ, оно может быть увеличено до 48. Такие способы модуляции обычно используются в малоканальных радиорелейных системах передачи с ВРК.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Что понимается под дискретизацией непрерывных сигналов по времени, по амплитуде?
2.Сформулируйте теорему Котельникова, поясните ее смысл.
3.Из каких соображений выбирается частота дискретизации?
4.Поясните, как зависит ширина спектра импульсной последовательности от длительности импульса.
5.В чем различие режимов АИМ-1 и АИМ-2?
6.Как восстанавливается непрерывный сигнал из последовательности его дискретных отсчетов?
7.Поясните особенности видов импульсной модуляции.
8.Поясните принцип образования группового сигнала в системах с
ВРК.
9.Нарисуйте структурную схему системы с ВРК и объясните назначение отдельных устройств.
10.Каково назначение цикловой синхронизации в системах с ВРК?
11.Каковы причины возникновения переходных помех между каналами в системах с ВРК?
12.К чему приводят нелинейные искажения группового сигнала в системах с ВРК?
13.Каковы особенности построения радиосистем с ВРК?
Глава 2 ЦИФРОВЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ
2.1. ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ
Любая аппаратура обработки сообщений и систем передачи имеет конечную разрешающую способность. Это связано как с ошибками,
возникающими при обработке сигналов, так и с наличием шумов в аппаратуре и каналах связи. Так, для наиболее высококачественного воспроизведения музыкальных программ достаточно передавать сигналы с динамическим диапазоном порядка 60 дБ. Для высококачественной передачи телевизионных изображений достаточен динамический диапазон порядка
40...46 дБ. При передаче телефонных сообщений ограничиваются динамическим диапазоном 40 дБ. Дальнейшее увеличение разрешающей способности устройств обработки и передачи сигналов связано со значи-
тельным усложнением аппаратуры.
В связи с этим нет необходимости передавать все бесконечное множество амплитудных значений непрерывных сигналов, его можно ограничить конечным множеством, содержащим определенное, заранее установленное для того или иного вида сигналов, число «разрешенных» амплитудных значений. Эти «разрешенные» для передачи амплитудные значения сигнала называются уровнями квантования; выбор их количества определяет качество передачи электрических сигналов. При ограничении числа «разрешенных» уровней их можно перенумеровать и передавать уже не сами значения уровней, а их номера, например в двоичной системе счисления, т. е. осуществить цифровую передачу сигналов.
Наиболее широкое распространение получили в настоящее время многоканальные ЦСП, в которых используется метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При ИКМ отсчеты аналогового АИМ сигнала преобразуются в последовательность кодовых групп, состоящих из двоичных символов. Для осуществления ИКМ необходимо произвести три операции:
дискретизацию сигналов по времени (получение сигнала АИМ);
квантование полученных импульсов по амплитуде;
кодирование квантованных по амплитуде импульсов.
Преобразование сигналов при ИКМ показано на рис. 2.1. Вопросы дискретизации непрерывных сигналов и получение группового многоканального сигнала при ВРК рассмотрены в гл. 1.
Полученный групповой многоканальный АИМ сигнал подвергается квантованию по уровню. Этот процесс аналогичен процедуре округления чисел. Разность между двумя соседними разрешенными для передачи уровнями называется шагом квантования Д. Если амплитуда отсчета сигнала в пределах двух соседних разрешенных значений превышает половину шага квантования А/2, ее значение увеличивается в большую сторону, если меньше половины шага квантования — в меньшую сторону. Такое округление сопровождается погрешностью. Разность между истинным значением отсчета сигнала и его квантованным значением называется ошибкой, или шумом квантования, который определяется как £кв(0 =
£/Аим(0—UKS(t).
Произведя «нумерацию» уровней квантования, можно передавать не сами уровни, а их значения по шкале уровней в двоичном
Рис. 2.1. Принципы ИКМ
коде. Указанные преобразования сигнала иллюстрируются табл. 2.1, в
которой указаны амплитуды отсчетов сигнала £/дим(0 (рис. 2.1,а), их кван-
тованные значения UKlt(t) (рис. 2.1, а), ошибки квантования l(t) (рис. 2.1,6),
нумерация уровней квантования N и осуществлено преобразование десятичных значений номеров уровня квантования в двоичное число (рис.
2.1,в). Полученная в результате этого преобразования импульсная последовательность является групповым ИКМ сигналом. Преобразование десятичного числа в двоичное легко производить по следующему правилу:
1) десятичное число условных шагов квантования представляется суммой чисел, например 105 = 64 + 32 + 8+1;
т
2) в ряду чисел 22м единицы ставятся там, где есть числа.
м = о
и нули там, где их нет:
Совокупность единиц и нулей между двумя квантованными отсчетами группового сигнала называется кодовой группой, а число единиц и нулей в кодовой группе определяет ее разрядность. Например: 011 — трехразрядная кодовая группа; 1101001 — семиразрядная кодовая группа.
Если кодовая группа содержит т разрядов, то с помощью такого m-
разрядного кода можно закодировать М =2™ уровней. Так, при т = 5 М = 32,
при т = 7 М= 128 и т. д. При известном количестве уровней квантования разрядность кодовой группы определяется соотношением m = log2Af.
Устройства, преобразующие амплитудные отсчеты сигнала в кодовую группу, называются кодерами, а устройства, осуществляющие обратное преобразование, — декодерами. Совместно кодирующие и декодирующие устройства называются кодеками.