41. Формирование и передача сигналов частотной телеграфии.
С игналы подразделяют на непрерывные и дискретные. Дискретные сигналы имеют ограниченное число значений. К таким сигналам прежде всего можно отнести двоичные (бинарные) сигналы. Бинарные сигналы могут принимать одно из двух значений: нуль или единицу, быть отрицательными или положительными. В первом случае эти сигналы имеют вид однополярных, а во втором— двух-полярных импульсов. На рис. 14.1,(а) показан возможный вид бинарных сигналов, представляющих собой последовательность импульсов положительной и отрицательной полярностей.
Передача дискретных сигналов реализуется с помощью радиотелеграфной связи, отличительной особенностью которой является кодирование сообщения. Каждый отдельный передаваемый символ (буква алфавита, цифра или знак) имеет свою кодовую комбинацию элементарных сигналов. Элементарный сигнал может принимать различное число значений, определяющее основание кода, например положительное или отрицательное, характеризоваться посылкой или паузой и т. д. Если элементарный сигнал принимает два значения, то код имеет основание, равное двум. Длительность элементарного сигнала — фиксированная. Системы радиотелеграфной связи с основанием кода, равным двум, нашли широкое применение.
Каждая кодовая комбинация, характеризующая передаваемый символ, может иметь одинаковое или различное число элементарных сигналов (длину кодовой комбинации). Коды с различной длиной кодовых комбинаций называют неравномерными, а с одинаковой длиной — равномерными. Примером неравномерного кода является код Морзе, в котором каждому передаваемому символу соответствует определенная комбинация коротких и длинных посылок, разделенные паузами. Длительность короткой посылки равна длительности элементарного сигнала, длительность длинной посылки — длительности трех элементарных сигналов, длительность паузы между посылками одного слова — длительности трех, а между словами — длительности пяти элементарных сигналов. Код Морзе в настоящее время применяют лишь в низовой радиосвязи с ручной передачей и слуховым приемом. Это объясняется тем, что использование кода Морзе для буквопечатающей связи не дает возможности реализовать высокую скорое ю передачи и приводит к созданию сложной оконечной аппаратуры.
При автоматической телеграфии с буквопечатанием применяют пятизначный код, все кодовые комбинации которого состоят из пяти элементарных сигналов.
Таким образом, закодированное сообщение представляет собой последовательность определенного числа элементарных сигналов (например, плюсов и минусов). В реальных условиях эти последовательности могут состоять из различных комбинаций посылок: от комбинации одних посылок (рис. 14.1 б) до непрерывной последовательности чередующихся посылок и пауз равной длительности (рис. 14.1, в).
При расчете радиотелеграфных систем модель телеграфного сигнала представляют в виде непрерывно чередующихся плюсов и минусов. Длительность одной посылки (паузы) равча т. Под скоростью телеграфной передачи понимают число элементарных сигналов, передаваемых в секунду, т. е. . За единицу скорости принят бод, соответствующий передаче одного элементарного сигнала в секунду.
Проектирование радиотелеграфной линии связи гребует знания ширины спектра модулирующих телеграфах сигналов. Передаваемые телеграфные сигналы (рис. 14.1, а—в) имеют прямоугольную форму, и их спектр содержит бесконечное число гармоник Первая гармоника прямоугольных импульсов, называемая основной частотой телеграфной манипуляции,
Если спектр телеграфных сигналов ограничить только значением частоты FM, то форма телеграфных импульсов будет резко отличаться от прямоугольной (пунктирная кривая на рис. 14.1, в). Чем более высокие гармоники учтены в спектре после его ограничения, тем ближе форма телеграфных импульсов к прямоугольной.
Д ля передачи по каналу связи закодированное сообщение преобразуется в ВЧ-сигнал путем манипуляции колебания передатчика. В отличие от передачи непрерывных сигналов модуляцию при передаче дискретной информации называют манипуляцией. В зависимости от параметра, который подвергается манипуляции, различают амплитудную, частотную и фазовую манипуляции.
При частотной манипуляции — частотой телеграфии (ЧТ) — передатчик все время излучает одну и ту же энергию, но каждому элементарному сигналу кода соответствует колебание своей частоты. Принято считать, что колебанию с более высокой частотой соответствует передача позитивной посылки (нажатие), а колебанию с нижней частотой — передача негативной посылки (отжатие). Характер изменения напряжения на выходе передатчика при частотной манипуляции показан на рис. 14.2, б.
Позитивной посылке соответствует частота нажатия f1 а негативной— частота отжатия f2 Разность частот нажатия и отжатия называют разносом частот . Девиация частоты т. е. максимальное отклонение частоты от среднего значения /0 — = 0,5 (fx + f2)> равна половине разноса частот: . В настоящее время в декаметровом диапазоне частот используют следующие значения разноса частот: 125, 250, 500 и 1000 Гц. Частотную манипуляцию можно осуществить, например, скачкообразным изменением емкости контура задающего генератора по закону передаваемого телеграфного сообщения.
С пектр ВЧ частотно-манипулированного колебания зависит как от частоты FM так и от девиации частоты . Обычно . Воспроизведение телеграфных сигналов без существенных искажений можно осуществить при ширине полосы пропускания ВЧ-трактов линии связи: . При небольшом разносе частот ( ) для ВЧ-тракта приемника ЧТ нужна меньшая ширина полосы пропускания, чем для приемника AT. Подобный вывод можно сделать, сравнивая спектр частотно-ма- нипулированного колебания на рис. 14.3, б со спектром амплитудно-манипулированного колебания на рис. 14.3, а. При ЧТ амплитуды составляющих спектра боковых колебаний с большими номерами убывают быстрее, чем при AT, что свидетельствует о более узкой ширине спектра и позволяет сузить полосу частот, занимаемую передатчиком ЧТ, и соответственно полосу пропускания приемника. Последнее определяет одно из важнейших преимуществ ЧТ по сравнению с AT. ЧТ позволяет реализовать с меньшим числом ошибок прием замирающих сигналов в присутствии помех, т. е. обеспечить более высокую помехоустойчивость приема.
1 . Сформировать ЧТ сигнал можно переключением частот 2-х независимых кварцевых генераторов Г1 и Г2. Но при этом будут иметь место скачки фазы на 180° в моменты коммутации, что приведет к возрастанию внеполосных составляющих. Этот недостаток можно устранить, применив деление сигнала в N раз. При достаточно большом N =100…150 скачки уменьшаются до 1,2..1,8°, но одновременно понижается и частота несущей. Дополнительно внеполосные составляющие ослабляются фильтром (Ф). Скачки фазы можно устранить применив схему рис.5,б, где частоты нажатия f1 и паузы f2 образуются как боковые составляющие спектра АМ сигнала при модуляции колебания несущей частотой f0 сигналом частоты f=∆f, причем преключения частоты синхронизированы с частотой f, так что коммутация происходит в моменты прохождения сигналов через 0.
2. Более совершен-ным оказывается форми-рователь ЧТ сигнала рис. 6, где применен манипу-лятор, выполняющий более сложные функции, чем в предыдущих вари-антах, - так называемый блок-формирователь фронта (БФФ). Изменение выходной частоты происходит за счет изменения коэф. деления ДПКД с N1 на N2 под действием сигнала с выхода 2 БФФ. При этом на некотрое время могут устанавливаться одно или несколько промежу-точных значений Nпр (N1<Nпр< N2), что сглаживает резкие скачки частоты, либо в этой же схеме по выходу 1 от БФФ подается сигнал, размыкающий ключ К, т.е. отключающий на некоторое время систему АПЧ, а по выходу 3 поступает импульс, уп-равляющий частотой ГУН в нужном направлении, чем и обеспечивается необходимая скорость изменения частоты. За это же время коэф. деления частоты ДПКД доводится до нужного значения N2, и затем ключ К замыкается. Благодаря отсутствию скачков фазы и плавному изменению частоты резко снижаются уровни внеполосных излучений.
При небольшом усложнении БФФ рассмотренное устройство может формировать и сигналы двоичного частотного телеграфирования (ДЧТ). В данной схеме сложно менять выходную частоту fвых и сдвиги частоты ∆f. Формирование сигналов ЧТ и ДЧТ непосредственно на рабочей частоте передатчика спрособствует уменьшению побочных продуктов излучения.
На рис.7 представлена структурная схема возбудителя, содержащего автогенератор Г2, управляемый напряжением (ГУН), частота которого fвых стабилизирована системой ФАПЧ, содержащей делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Эталонный сигнал поступает от стабильного опорного генератора (ОГ) через делитель с коэффициентом деления m. При нормальной работе схемы должны выполнять условия:
f1/m=fвых/n,
fвых=fH=f1*nН/m при нажатии,
fвых= fП=f1*nП/m при паузе;
f1*(nП- nН)/m=2∆f – сдвиг частоты;
f1*(nП+ nН)/2m=f1*n0/m=f0 – значение частоты без манипуляции.
Так как выходной сигнал обеспечивает ГУН, то имеет место ЧТ без разрыва фазы, а необходимый сдвиг частоты обеспечивается изменением коэффициента деления ДПКД с nП на nН.