Вопрос 2. Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи




Тема № 10. Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи

 

Вид занятия: лекция (традиционная)

 

Время: 2 часа (90 мин)

 

Место проведения: учебная аудитория

 

Категория обучающихся: студенты 2-го курса (очная форма обучения)

 

Воронеж ‑ 2014

Цели занятия:

а) изучить основные понятия и определения, ознакомиться с классификацией радиорелейных линий передачи;

б) рассмотреть виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи;

в) добиться знания каждым обучаемым роли и места радиорелейных систем при выполнении служебных задач;

г) воспитать чувство значимости правильной эксплуатации и применения средств электросвязи.

 

Учебно-материальное обеспечение:

план-конспект на занятие по данной теме, методические материалы (разработанные сотрудниками кафедры), мультимедийные презентации, раздаточный материал (рисунки, таблицы), технические средства обучения (мультимедийный проектор, компьютер), доска, мел.

 

Метод(ы) обучения:

объяснение с иллюстрацией.

 

Учебные вопросы:

1. Основные понятия и определения. Классификация радиорелейных линий передачи. Принципы многоствольной передачи

2. Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи.

 

Основные понятия:

системы и сети электросвязи, радиорелейные средства, модуляция в радиосистемах.

 

Межпредметные связи: системы и средства связи в УИС, системы коммутации.

 

Литература:

1. Гроднев, И.И. Линии связи [Текст] / И.И. Гроднев, С.М. Верник, Л.Н. Кочановский. – M: Радио и связь, 1995.

2. Брискер, А.С. Городские телефонные кабели. Справочник [Текст] / А.С. Брискер, А.Д. Руга, Д.Л. Шарле. – М: Радио и связь, 1991.

 

Ход занятия: Время, мин
1. Вводная часть: рапорт командира, проверка наличия личного состава, проверка готовности обучающихся к занятию, актуализация темы занятия  
2. Основная часть: Сообщение новых знаний преподавателем и усвоение их обучаемыми. Введение термина – радиорелейные системы. Объяснение предназначения радиорелейных систем. Введение и объяснение термина – модуляция в радиосетях. Перечисление требований, предъявляемых к модуляции в радиорелейных системах. Показ с помощью слайдов и раздаточного материала структуры телекоммуникационной системы.  
3. Подведение итогов проведенного занятия, ответ на вопросы обучаемых. Оценка работы обучающихся.  
4. Формирование домашнего задания:постановка вопросов для самоподготовки.  
5. Организационное завершение занятия:сбор раздаточного материала, рапорт командира группы.  

Вопрос 1. Основные понятия и определения. Классификация радиорелейных линий передачи. Принципы многоствольной передачи

Радиолиния передачи, в которой сигналы электросвязи переда­ются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной линией передачи. Радиорелейная линия передачи (РРЛП) представляет собой цепочку приемопередающих радио­станций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществ­ляют последовательную многократную ретрансляцию (прием, пре­образование, усиление и передачу) передаваемых сигналов.

Радиорелейная линия передачи, соседние станции которой раз­мещаются одна от другой на расстоянии прямой видимости между антеннами этих станций, называется РРЛП прямой видимости (рис.1). Здесь приняты следующие обозначения:

ОРС - оконечная радиорелейная станция, обеспечивающая преобразование отдельных подлежащих передаче сигналов в диа­пазоне частот радиосигнала, объединения их в общий радиосигнал и передачу его в среду распространения, а также прием встречного радиосигнала, разделение его на отдельные принимаемые сигналы, их преобразования и выдачу потребителю; ПРС - промежуточная радиорелейная станция, обеспечивающая прием, преобразование, усиление или регенерацию и последующую передачу радиосигнала; УРС - узловая радиорелейная станция, обеспечивающая разветв­ление и объединение потоков сообщений, передаваемых по разным РРЛП, на пересечении которых и располагаются УРС. К УРС отно­сятся также станции РРЛП, где осуществляется ввод и вывод теле­фонных, телевизионных и других сигналов.

На ОРС и УРС всегда имеется технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью специальной системы телеобслуживания ближайшими ПРС. Участок РРЛП (300...500 км) между ОРС (УРС) делится примерно пополам так, что одна часть ПРС входит в зону телеобслуживания одной ОРС (УРС), а другая часть ПРС обслужи­вается другой УРС (ОРС).

 

 

Рисунок 1 – Радиолинейная линия передачи прямой видимости

 

Радиорелейная линия передачи, в которой используется рассея­ние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении соседних станций, называется тропо­сферной радиорелейной линией передачи (ТРРЛП) (рис.2).

 

Рисунок 2 – Тропосферная радиорелейная линия передачи

 

Радиолиния передачи, в которой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты, назы­вается космической линией передачи.

Космическая линия передачи, осуществляющая электросвязь между земными станциями этой линии с помощью установленных на искусственных спутниках Земли ретрансляционных станций или пассивных спутников, называется спутниковой линией передачи (СЛП) (рис.3). Здесь приняты такие обозначения: ЗС - земная станция, т.е. станция спутниковой линии передачи, расположенная на земной, водной поверхностях или в основной части земной атмосферы и предназначенная для космической линии передачи; КС - космическая станция, расположенная на объекте, который находится за пределами основной части земной атмосферы; ИСЗ -искусственный спутник Земли.

 

 

Рисунок 3 – Спутниковая линия передачи

 

Под космической линией передачи понимается радиолиния, в ко­торой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты.

При использовании одного ИСЗ, расположенного на геостацио­нарной или вытянутой орбите, максимальная дальность радиосвязи СЛП около 15 000 км.

Радиорелейные линии прямой видимости, тропосферные радио­релейные линии и спутниковые линии передачи в большинстве своем работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн (в диапазонах УВЧ и СВЧ).

Однако отметим, что имеются малоканальные радиорелейные системы передачи (РРСП), работающие в диапазоне метровых волн (на ОВЧ). Использование этих диапазонов обусловлено, главным образом, возможностью передачи широкополосных сигналов (теле­видения, первичных, вторичных, третичных широкополосных кана­лов и трактов, первичных, вторичных, третичных, четверичных потоков и потоков синхронной цифровой иерархии).

Совокупная ширина полосы частот дециметрового и сантимет­рового диапазонов в сотни раз превышает ширину полосы частот всех более длинноволновых диапазонов, вместе взятых. Это позво­ляет организовать совместную работу большого числа широкопо­лосных РРСП, передавать любые виды сообщений, а также стро­ить многоканальные РРСП с высокой пропускной способностью (до нескольких тысяч каналов тональной частоты или основных цифро­вых каналов с эквивалентной скоростью передачи, соответствую­щей нескольким сотням мегабит в секунду).

Широкополосность систем позволяет применять эффективные помехоустойчивые методы передачи сигналов такие, как частотная модуляция, импульсно-кодовая модуляция, дельта-модуляция и их разновидности, а также использовать эффективные методы коди­рования.

Кроме того, в диапазонах УВЧ и СВЧ довольно просто создать антенны с узконаправленным излучением и приемом радиоволн.

Применение таких антенн, имеющих относительно небольшие габариты, позволяет получить энергетический выигрыш по сравне­нию с ненаправленным излучением (приемом) примерно 30...50 дБ. Это недостижимо для антенн более длинноволновых диапазонов и дает возможность упростить приёмо-передающую аппаратуру (уменьшить необходимые мощности передатчиков и чувствитель­ность приемников), а также облегчить электромагнитную совмести­мость различных систем радиосвязи. Наконец, в этих диапазонах мало влияние промышленных и атмосферных помех.

Для повышения пропускной способности, надежности и эконо­мичности при построении РРСП и спутниковых систем передачи (ССП) широко используется принцип многоствольной передачи. При этом на каждой станции устанавливается несколько комплектов оборудования ствола - линейного тракта.

На рис.4 приведена структурная схема четырехствольной ра­диолинии связи, содержащей три радиосистемы передачи (РСП): аналоговую телефонную, цифровую, аналоговую телевизионную и отдельный резервный ствол.

На рис. 4 приняты следующие обозначения: АКГпер (ПР) - аналого­вое каналообразующее оборудование и оборудование формирова­ния типовых групп каналов (обычно оборудование систем передачи с частотным разделением) тракта передачи (приема); ЦКГпер(пр) -цифровое каналообразующее оборудование и оборудование фор­мирования типовых цифровых потоков (обычно оборудование цифровых систем передачи на основе импульсно-кодовой модуля­ции с временным разделением каналов) трактов передачи (приема); СЛ пер (пр) - соединительные линии; ОТФпер (пр), ОЦпер (Пр) и ОТВпер (ПР) -оконечное оборудование, соответственно, телефонного, цифрового и телевизионного стволов передачи (приема); каналы ТЧ, ТВ, ЗС, ЗВ - каналы тональной частоты, телевидения, сигналов звукового сопровождения телевидения и сигналов звукового вещания; R (R′), Т (Т′) точки подключения к соединительным линиям различного оборудования.

 

 

Рисунок 4 – Структурная схема четырехствольной радиолинии связи

 

Совокупность нескольких однотипных или разнотипных РСП и от­дельных стволов, имеющих общие тракты распространения радио­волн, оконечные и ретрансляционные станции, а также устройства их обслуживания, образуют многоствольную радиолинию связи (РЛС), а совокупность стволов, входящих в состав радиолинии связи, образу­ет многоствольную радиолинию передачи (РЛП). В многоствольных РЛП с резервированием каждый из стволов включает в себя радио­ствол, оконечное оборудование и аппаратуру резервирования, обес­печивающую переключение на резервный ствол при выходе из строя основного радиоствола. В некоторых РЛП предусмотрен отдельный ствол служебной связи, содержащий упрощенное оборудование. Использование общих антенн, фидерных трактов, источников электро­снабжения, систем служебной связи и телеобслуживания, сооружений для размещения оборудования значительно повышает экономичность многоствольных РЛП.

Совместная работа нескольких стволов в одной РЛП обеспечи­вается путем их частотного разделения. При многоствольной рабо­те частоты передачи и приема стволов должны быть выбраны таким образом, чтобы свести к минимуму влияние трактов передачи на тракты приема в отдельных стволах и взаимные помехи между ними. Для этого в многоствольных РЛП применяется группирование частот передачи и приема, в соответствии с которым частоты пере­дачи всех стволов размещаются в одной половине отведенной полосы частот, а частоты приема - в другой. В стволах РЛП могут использоваться двух- и четырехчастотные планы. На рис.5, а и б изображены, соответственно, двухчастотный и четырехчастотный планы для трехствольной РЛП (см. рис.4).

Двухчастотные планы обычно применяются на радиорелейных линиях (РРЛ) и спутнико­вых линиях передачи (СЛП), работающих в сантиметровом диапа­зоне. На РРЛ дециметрового диапазона, мобильных РРЛ, а также на тропосферных радиорелейных линиях (ТРРЛ) применяются четырехчастотные планы. При этом ТРЛЛ содержит не более двух стволов. Для сигналов разных стволов используются различные несущие частоты.

 

 

Рисунок 5 – Двух- и четырехчастотные планы для трехствольной РЛП

Все системы многоствольной РРЛ организуются таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от другого, были бы взаимозаменяемы.

К уже рассмотренной классификации РРЛ добавим их классифи­кацию еще по ряду наиболее важных признаков и характеристик.

1. По назначению различают: междугородные магистральные, внутризоновые и местные РРЛ. Магистральные РРЛ обычно явля­ются многоствольными.

2. По диапазону рабочих (несущих) частот РРЛ подразделяются на линии дециметрового и сантиметрового диапазонов. В этих диапазонах в соответствии с Регламентом радиосвязи для органи­зации РРЛ выделены полосы частот, расположенные в области 2, 4, 6, 8, 11 и 13 ГГц. В настоящее время осваивается область частот 18 ГГц и выше. Однако использование столь высоких частот за­труднено из-за сильного ослабления энергии радиоволн во время атмосферных осадков.

3. По способу разделения каналов и виду модуляции несущей можно выделить:

а) РРЛ с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной мо­дуляцией (ЧМ) гармонической несущей;

б) РРЛ с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией периодической последовательности импульсов, кото­рые затем модулируют несущую ствола;

в) цифровые РРЛ на основе импульсно-кодовой или дельта-модуляций и их разновидностей, цифровые сигналы которых затем модулируют несущую ствола.

4. По принятой в настоящее время классификации РРЛ разде­ляют на системы большой, средней и малой емкости.

К РРЛ большой емкости принято относить системы, позволяю­щие организовать в одном стволе 600 и более каналов тональной частоты (КТЧ), что соответствует пропускной способности более 100 Мбит. Стационарные РРЛ большой емкости используются для организации магистральных связей. Если РРЛ позволяет организо­вать 60...600 КТЧ, то такие системы относятся к РРЛ средней емко­сти, а если менее 60 КТЧ - РРЛ малой емкости. Пропускная спо­собность РЛ средней и малой емкости равна соответственно 10... 100 Мбит/с и менее 10 Мбит/с.

Стационарные РРЛ средней емкости используются для органи­зации зоновой связи. Это линии протяженностью до 500...1500 км. Подобные РРЛ в большинстве рассчитаны на передачу телевизи­онных сигналов и сигналов звукового вещания. Часто эти линии являются многоствольными и ответвляются от магистральных.

РРЛ малой емкости применяются на местных сетях связи и, кро­ме того, широко используются для организации технологических линий передачи на железнодорожном транспорте, в системе энер­госнабжения, в газо- и нефтепроводах и др.

В настоящее время на телекоммуникационных сетях все боль­шее распространение получают цифровые РРЛ с большой пропуск­ной способностью на основе синхронной цифровой иерархии.

 

Вопрос 2. Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи

Технико-экономические показатели радиорелейных (РРСП) и спут­никовых (ССП) систем передачи и особенности построения оконечного оборудования ствола, приемопередающей аппаратуры во многом определяются выбранным видом модуляции высокочастот­ной несущей многоканальным (групповым) сигналом. Последний может быть сформирован:

1) с помощью каналообразующего оборудования и оборудования формирования групп каналов и трактов аппаратуры аналоговых систем передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК) с помощью однополосной амплитудной модуляции;

2) с использованием каналообразующего оборудования анало­говых систем передачи с временным разделением каналов (СП с ВРК) с помощью фазоимпульсной модуляции;

3) с помощью каналообразующего оборудования и оборудования формирования типовых потоков цифровых систем передачи (ЦСП) с использованием импульсно-кодовой модуляции, дельта-модуляции и их разновидностей.

В системах передачи сигналов телевидения полный телевизион­ный сигнал формируется с помощью оборудования телевизионного ствола на оконечных радиорелейных или земных спутниковых станциях и затем модулирует высокочастотную несущую.

Формирование высокочастотной несущей или высокочастотного радиосигнала осуществляется в оконечном оборудовании ствола.

Основными показателями, характеризующими виды модуляции в РРСП и ССП (далее радиосистемы передачи - РСП), являются поме­хоустойчивость в отношении тепловых шумов, эффективность исполь­зования занимаемой полосы частот, степень подверженности переда­ваемых сигналов влиянию неидеальности характеристик ствола - линейного тракта, сложность построения приемопередающей аппа­ратуры и соответствующих модуляторов и демодуляторов (модемов).

Частотная модуляция в аналоговых РСП. В аналоговых СП с ЧРК и телевидения в основном применяется частотная модуля­ция (ЧМ).

При ЧМ основной причиной нелинейных искажений сигналов в радиоканале, приводящих к взаимным влияниям между каналами в СП с ЧРК, является нелинейность ФЧХ, в то время как при обычной AM и AM с передачей одной боковой полосы (АМ-ОБП) частот основной причиной нелинейных искажений является нелинейность АХ. Так как компенсация нелинейности ФЧХ выполняется более простыми методами, чем компенсация нелинейности АХ, то приемопередаю­щая аппаратура при использовании ЧМ в РСП оказывается более простой, чем при AM и АМ-ОБП. Кроме того, ЧМ обладает большей помехоустойчивостью в отношении теплового шума и внешних помех по сравнению с AM и АМ-ОБП, если индекс ЧМ не слишком мал (в малоканальных РСП с числом каналов ТЧ не более 120).

При ЧМ мгновенная частота f (t) модулированного радиосигнала ичм(t) изменяется в соответствии с модулирующим сигналом с (t):

(1)

где f0 - частота несущей; Δf (f) - отклонение частоты под воздейст­вием модулирующего сигнала (девиация частоты): Кчм - крутизна модуляционной характеристики частотного модулятора, Гц/В. Общее выражение для ЧМ радиосигнала имеет вид:

(2)

где Uo- постоянная амплитуда радиосигнала.

Основными характеристиками ЧМ радиосигнала являются: де­виация частоты, индекс частотной модуляции и ширина спектра, необходимая для неискаженной передачи. Поскольку основной загрузкой радиостволов являются групповые телефонные сигналы СП с ЧРК, то и рассмотрим характеристики ЧМ радиосигнала для этого вида загрузки.

Эффективная девиация частоты Δfэф соответствует средней мощности Wср группового сигнала и эффективной девиации частоты на канал ΔfK (соответствующей измерительному уровню сигнала в одном канале ТЧ) и определяется по формулам:

(3)

и (4)

где N - число каналов соответствующей СП с ЧРК. Величина ΔfK обычно нормируется и в зависимости от N может изменяться в пределах 35...200 кГц.

Эффективное значение индекса ЧМ Мэф определяется отноше­нием эффективной девиации частоты к верхней частоте Fв спектра группового телефонного сигнала, т. е,

(5)

Для характеристики ЧМ радиосигнала используются также понятия квазипиковых девиации частоты и индекса модуляции, соответст­вующие квазипиковой мощности группового сигнала, превышаемой с вероятностью не более 10-3 и соответственно равным:

(6)

Важной характеристикой ЧМ радиосигнала является ширина его спектра, определяющая необходимую полосу пропускания радиока­нала Пчм. При передаче сигналов многоканальной телефонии мини­мальная необходимая полоса частот должна определяться исходя из минимально допустимого уровня переходных помех, возникаю­щих из-за ограничения спектра

(7)

где qчм - параметр, зависящий от уровня переходных помех.

На рис.6 приведены значения qчм в зависимости от Мэф для двух значений мощности переходных помех в верхнем (по спектру) телефонном канале: Wnn = 1 пВт и Wnn = 10 пВт.

На практике для приближенной оценки необходимой полосы час­тот часто пользуются следующей эмпирической формулой Карсона

(8)

Значения основных параметров ЧМ радиосигнала РСП при пе­редачи сигналов многоканальной телефонии для различной емко­сти группового сигнала приведены в табл.1.

Рисунок 6 – Зависимость параметров qчм от эффективного значения индекса ЧМ Мэф

 

 

Таблица 1

Как видно из табл. 1, в большинстве случаев применяется час­тотная модуляция с Мэф не более 1.

При передаче сигналов телевидения характеристики ЧМ радио­сигнала зависят от соответствующих параметров сигналов изобра­жения и звукового сопровождения. Для сигнала изображения верх­няя частота спектра Fв, размах сигнала, а, следовательно, макси­мальная девиация частоты ΔfK известны: Fв = 6 МГц, ΔfK = 4 МГц.

Индекс ЧМ равен Ми = Δfк/Fв = 4/6= 0,67, а необходимая полоса частот, определенная по формуле Карсона, равна Пчм тв = 2(Fв + ΔfK) = 2(6 + 4) = 20 МГц или Пчм тв = 2Fв (1 + Ми) = 2 х 6(1+0,67) = 20 МГц.

Если в одном стволе передаются сигналы изображения, звуково­го сопровождения и звукового вещания с использованием частотно­го разделения, то верхняя частота модулирующего сигнала, эффек­тивная девиация частоты и необходимая полоса частот возрастут.

Манипуляция в цифровых РСП. Модуляцию в цифровых РСП принято называть манипуляцией. В зависимости от числа уровней модулирующего (манипулирующего) сигнала различают двухуров­невую (двоичную) и многоуровневую манипуляцию.

Для многих видов манипуляций, применяемых в цифровых ра­диорелейных системах передачи, предполагается использование манипулирующих сигналов, отличающихся по структуре от исходно­го передаваемого двоичного сигнала. Формирование указанных манипулирующих сигналов осуществляется специальным кодирую­щим устройством - кодером модулятора. При демодуляции радио­сигнала на приемном конце с помощью декодера демодулятора производится обратное преобразование, в результате чего форми­руется исходный двоичный сигнал. Декодированию, естественно, предшествует регенерация сигнала. Совокупность кодера модуля­тора и декодера демодулятора образует модем для цифровой РСП, обобщенная схема которого приведена на рис.7.

 

 

Рисунок 7 – Функциональная схема модема цифровой РСП

 

В современных цифровых радиорелейных и спутниковых системах передачи применяются амплитудная, фазовая, частотная и комбини­рованная амплитудно-фазовая манипуляции.

Амплитудная манипуляция - AM. Хотя этот вид манипуляции в современной цифровой радиосвязи встречается весьма редко, он еще служит удобной основой для введения некоторых основных понятий. В настоящее время находит применение лишь двоичная AM.

Манипулирующим (модулирующим) сигналом в цифровых систе­мах радиосвязи является случайная последовательность «1» (токовая посылка) и «0» (пауза - бестоковая посылка). Радиосигнал с AM может быть представлен в следующей несколько упрощенной форме:

(9)

где ин (t) - модулирующая случайная двоичная последовательность видеоимпульсов (часто, не обязательно, прямоугольной формы), ωн - частота несущего радиочастотного колебания.

Пример радиосигнала для случайной двоичной последователь­ности прямоугольных видеоимпульсов показан на рис.8, где T -длительность элемента исходного двоичного сигнала.

 

Рисунок 8 – Форма сигналов при амплитудной модуляции

 

Для сигналов AM самым распространенным является некоге­рентный прием, включающий в себя измерение амплитуды оги­бающей на выходе узкополосного фильтра. Модуляция и демоду­ляция сигналов в системах с двоичной AM не требует специального кодирования и декодирования.

Минимальная полоса частот ПАМ, необходимая для передачи AM радиосигнала, численно равна скорости передачи цифровой информации Б (частоте следования передаваемых элементов исходного двоичного сигнала)

(10)

Эффективность использования полосы частот характеризуется максимальной удельной скоростью передачи при двоичной AM и равна SAM = В/ПАМ.

Фазовая манипуляция - ФМ. При ФМ манипулируемым парамет­ром высокочастотной несущей радиоимпульса является ее фаза ωн t. В современных РСП применяются двоичная, четырехуровневая и восьмиуровневая ФМ. При демодуляции фаза ФМ радиосигнала сравнивается с фазой восстановленного на приемном конце опор­ного колебания (несущей). Из-за случайных искажений радиосигна­ла имеет место неопределенность фазы восстановленной несущей, что является причиной, так называемой обратной работы, при которой двоичные посылки принимаются «в негативе». Для устра­нения влияния неопределенности фазы применяется разностное кодирование фазы передаваемых радиоимпульсов. Фазовую мани­пуляцию с разностным кодированием фазы называют фазоразностной или относительной фазовой манипуляцией (ОФМ). В циф­ровых радиорелейных системах передачи с ОФМ при передаче информации кодируется не сама фаза радиосигнала, а разность фаз (фазовый сдвиг) двух соседних радиоимпульсов.

Структура ОФМ радиосигнала для двухуровневой ФМ представ­лена на рис.9.

Рисунок 9 – Структура двухуровневого ОФМ радиосигнала

 

Из рис.9 следует, что фаза несущего колебания изменяется от­носительно ее предыдущего состояния на я при передаче «1» и остается неизменной при передаче «0».

Применяются два способа демодуляции ОФМ радиосигналов. В первом случае вначале восстанавливается несущая и когерентно детектируется ОФМ радиосигнала, затем разностно (дифференци­ально) декодируются принимаемые сигналы. При таком способе демодуляции операции детектирования и декодирования разделе­ны и выполняются последовательно. Второй способ предполагает дифференциально-когерентное (автокорреляционное) детектиро­вание ОФМ радиосигнала, при котором в качестве опорного колеба­ния используется предшествующий радиоимпульс. При этом опера­ции детектирования и декодирования совмещены.

Ширина спектра ОФМ радиосигнала зависит от скорости переда­чи информации В и числа уровней манипуляции М. Необходимая для ОФМ радиосигнала минимальная полоса пропускания равна.

(11)

Обычно полосу пропускания выбирают несколько большей, т.е. Пофм= (1,1...1,2) В/ log 2 M. Из (11) следует, что при увеличении числа уровней манипуляции полоса частот, необходимая для пере­дачи ОФМ радиосигнала, уменьшается. Так, при ОФМ-4 (М = 4) полоса частот вдвое меньше, чем при ОФМ при одинаковой скоро­сти передачи информации. Максимальная эффективность исполь­зования полосы частот при ОФМ равна Sофм = В/Пофм = log2 M.

Частотная манипуляция - ЧМ. При ЧМ модулируемым (манипу-лируемым) параметром является частота высокочастотного заполнения радиоимпульса. В РСП применяются двоичная, трехуровневая (при использовании квазитроичных кодов), четырехуровневая и восьмиуров­невая ЧМ. Пример простейшей двухуровневой ЧМ показан на рис. 10.

а - манипулирующий сигнал; б - частотно-манипулирующий

сигнал - радиосигнал ЧМ

 

Рисунок 10 – Форма сигнала при частотной манипуляции

 

В большинстве РСП с частотной манипуляцией используются модулирующие колебания прямоугольной формы, причем амплитуды несущих остаются постоянными. Для этого случая радиосигнал имеет вид

(12)

Полоса частот необходимая для передачи ЧМ радиосигнала Пчм, и эффективность ее использования Sчм зависят от скорости пере­дачи информации, числа уровней М и максимальной девиации частоты ΔfM и равны:

(13 - 14)

где ΔfM - максимальная девиация частоты, зависящая от М, а Мм = (ΔfM log2 М)/В- максимальный индекс ЧМ.

При демодуляции ЧМ радиосигналов применяется некогерентное детектирование, причем обычно используются те же частотные детекторы, что и в аналоговых РСП с ЧМ.

Большой интерес представляет применение частотной мани­пуляции с минимальным сдвигом (ЧММС), являющейся частным случаем манипуляции с непрерывной фазой, при которой фаза манипулированного радиосигнала изменяется непрерывно и не имеет скачков на границах радиоимпульсов. При ЧММС для пере­дачи «1» и «-1», как при обычной двоичной ЧМ, используются две частоты, однако разнос между ними выбирается так, чтобы за вре­мя длительности элемента T фаза манипулированного радиосигна­ла изменялась ровно на π/2. При этом если передается «1», то частота радиосигнала f = f0 + 1/4 Т, так что в момент окончания радиоимпульса его фаза получает сдвиг π/2. При передаче «-1» частота радиоимпульса f = f0 - 1/4 T, в результате чего фаза радио­импульса в момент его окончания приобретает сдвиг π/2. Таким образом, ЧММС весьма похожа на ОФМ, при которой фаза манипу­лированного радиосигнала также изменяется на π/2 в течение каждого интервала Т. Отличие состоит лишь в том, что при ЧММС фаза изменяется не скачкообразно, а непрерывно.

При демодуляции ЧММС радиосигналов используется когерент­ное детектирование. Помехоустойчивость ЧММС близка к помехо­устойчивости двоичной ОФМ, а эффективность использования полосы частот примерно такая же, как при четырехуровневой ОФМ.

Амплитудно-фазовая манипуляция - АФМ. При АФМ манипули-руемым (представляющим) параметром является комплексная амплитуда радиосигнала. Формирование М-уровневого АФМ сигна­ла может быть реализовано путем М 0,5-уровневой балансной ам­плитудной манипуляции синфазной и квадратурной составляющих сигнала одной частоты и сложения полученных AM радиосигналов. По этой причине АФМ часто называют квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМ).

Минимальная необходимая полоса частот ПАФМ и максимальная эффективность использования полосы Saфм определяются так же, как в случае многоуровневой ФМ (ОФМ).

Сравнительная оценка качественных показателей различных ви­дов манипуляции, применяемых в цифровых РСП, приведена в табл.2.

 

Таблица 2 – Сравнительная оценка качественных показателей различных ви­дов манипуляции

 

Интересно ориентировочно сравнить эффективность использо­вания полосы частот цифровых и аналоговых РСП. Если в цифро­вых системах используется ИКМ со скоростью передачи основного цифрового канала 64 кбит/с, то в системах с AM и ОФМ-2 (двух­уровневая) максимальная емкость ствола с полосой 40 МГц состав­ляет 625 каналов тональной частоты (КТЧ), с ОФМ-4 (четырехуров­невая) и ЧММС - 1250 КТЧ, с ОФМ-8 - 1875 КТЧ, наконец, при использовании АФМ-16 - 2500 КТЧ. Максимальная достигнутая в настоящее время емкость аналоговых систем с ЧМ при той же полосе составляет 3600 КТЧ. Таким образом, можно считать, что эффективность использования полосы частот в наиболее совер­шенных цифровых РСП приближается к эффективности аналоговых систем с ЧМ. В РСП с малой и средней пропускной способностью эффективность использования полосы частот в цифровых системах не ниже, чем в аналоговых системах с ЧМ.

Среди рассмотренных видов манипуляций наибольшей просто­той реализации отличаются двоичные AM и ЧМ, а также трехуровневая и четырехуровневая ЧМ при использовании частотного дис­криминатора для демодуляции сигналов. Сравнительно просто реализуются ОФМ-2 и ОФМ-4 при дифференциально-когерентном детектировании сигналов, основные сложности связаны с необхо­димостью восстановления опорного колебания на приемном конце. Наибольшие трудности возникают при использовании ОФМ-8 и АФМ-16, причем в последнем случае возникают дополнительные трудности, связанные с необходимостью обеспечения высокой линейности амплитудной характеристики всего линейного тракта.

Двоичные некогерентные AM и ЧМ применяются в РСП с малой пропускной способностью, а также в перевозимых РРСП, двоичная ОФМ - в РСП с малой и средней пропускной способностью. Широ­кое применение в РСП с различной пропускной способностью на­шли ОФМ-4. Наряду с ОФМ-4 АФМ-16 становится основным видом манипуляции для цифровых РСП с высокой пропускной способно­стью. Для передачи цифровых сигналов в аналоговых РСП приме­няются двоичная и многоуровневая ЧМ с числом уровней М = 3, 4 и 8 при использовании аналогового частотного детектора для демо­дуляции.

Заключительная часть. Преподаватель отвечает на вопросы курсантов, отмечает работу курсантов на лекции и дает задание на самостоятельную подготовку – изучить и законспектировать типовые структурные многоствольной передачи данных.

 

Подготовил:

доцент кафедры ТКОС, к.ф.-м. н. В.А. Мельник

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: