Характеристики сигналов связи
Сообщения и соответствующие им сигналы по своей структуре могут быть непрерывными или дискретными.
Непрерывные сигналы определяются бесконечным множеством значений на конечном интервале времени. Такие сигналы описываются на некотором достаточно большом интервале времени непрерывными функциями времени. Типичным примером непрерывного сигнала может служить телефонный сигнал, отображающий речь, музыку, изменение температуры и т. д. (рис. 1.2).
Дискретными называются сигналы, характеризующиеся конечным числом значений на интервале времени их существования. Примером дискретного сигнала могут служить сигналы телеграфной связи, отображающие буквы алфавита и знаки определенными сочетаниями дискретных состояний сигнала (рис. 1.3).
Рис. 1.2. Телефонный сигнал Рис. 1.3. Телеграфные сигналы
Следует отметить, что и любой непрерывный сигнал для передачи сообщения с определенной точностью можно дискретизировать. Эта возможность основана на том, что все реальные сигналы имеют ограниченные спектры частот, т. е. описываются функциями с конечным множеством значений на конечном интервале времени.
Функции, описывающие сигналы связи, могут быть периодическими и непериодическими функциями времени. Из курса теории радиосигналов известно , что сигнал (функция) любого вида может быть разложен на гармонические составляющие: периодические сигналы – с помощью рядов Фурье, непериодические – с помощью интеграла Фурье.
Совокупность амплитуд гармонических составляющих называется спектром амплитуд или просто спектром сигнала.
Для анализа сигналов удобнее пользоваться не полными аналитическими описаниями сигналов (полная реализация которых не всегда возможна), а некоторыми обобщенными показателями или параметрами.
Такими обобщенными физическими параметрами сигнала являются:
– длительность сигнала Т С ;
–ширина спектра частот ;
– динамический диапазон D C ;
Длительность Т С характеризует время существования сигнала и, следовательно, время, на которое необходимо предоставить канал связи для передачи сигнала.
Ширина спектра частот характеризует форму сигнала и полосу пропускания канала, которую необходимо иметь для передачи сигнала по каналу.
Динамический диапазон сигнала Д характеризует превышение мощности сигнала P C над мощностью соответствующих сигналу помех P П , записанное в логарифмической форме:
Более точно динамическим диапазоном сигнала следует считать логарифм отношения его наибольшей мгновенной мощности и наименьшей мгновенной мощности. Но так как в канале связи минимальная мощность сигнала всегда должна превышать мощность помех, то в качестве обобщенного параметра выбрано превышение сигнала над помехой.
Виды модуляции
Виды модуляции
Передача первичных сигналов связи в исходном виде осуществляется только по проводным линиям небольшой протяженности. При организации дальней проводной и радиосвязи необходимо пользоваться специальным переносчиком - вспомогательным высокочастотным (обычно гармоническим) колебанием, с помощью которого первичные сигналы преобразуются в радиосигналы. Процесс преобразования непрерывных первичных сигналов в радиосигналы называют модуляцией, а дискретных первичных сигналов – манипуляцией.
Модуляцией (манипуляцией) называется процесс взаимодействия двух колебаний (НЧ и ВЧ), при котором изменяется один или несколько параметров высокочастотного колебания (амплитуда, частота, фаза) по закону первичного низкочастотного колебания.
В зависимости от того, какой из параметров изменяется под воздействием модулирующего сигнала, различают три основных вида модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).
Указанными видами модуляции не исчерпываются технические возможности передачи сообщений по радиоканалам. Например, в технике радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи широко применяются различные виды импульсной модуляции, при которых параметры периодической последовательности коротких импульсов (амплитуда, длительность, частота следования) изменяются по закону модулирующего колебания.
В технике военной радиосвязи для передачи непрерывных сообщений широко используются амплитудная, однополосная и частотная модуляции. Для передачи дискретных сообщений находят применение амплитудная, частотная и фазовая манипуляции.
Амплитудная модуляция
При амплитудной модуляции амплитуда несущего колебания изменяется в соответствии с изменением мгновенного значения модулирующего сигнала. На рис. 1.5 представлены формы модулирующего, модулируемого и амплитудно-модулированных сигналов.
Для простоты анализа в качестве модулирующего первичного сигнала взято гармоническое колебание низкой частоты W. В качестве модулируемого колебания взято высокочастотное колебание несущей частоты w. Амплитудно-модулированное (АМ) колебание представляет собой высокочастотное колебание, амплитуда которого изменяется по закону изменения напряжения низкой частоты.
Степень воздействия модулирующего колебания на колебание несущей частоты оценивается коэффициентом (глубиной) амплитудной модуляции, который определяется выражением
где – амплитуда несущего высокочастотного колебания;
– превышение амплитуды АМ колебания над амплитудой несущего колебания.
Рис. 1.5. Принцип амплитудной модуляции
Амплитудно-модулированное колебание является сложным и не является простой суммой колебаний высокой и низкой частот. Покажем это.
Пусть колебания высокой и низкой частот являются гармоническими и определяются выражениями:
.
В процессе модуляции амплитуда напряжения ВЧ сигнала изменяется по закону низкочастотного сигнала:
Тогда мгновенное значение модулированного напряжения можно записать в виде
Применив тригонометрическую формулу
| . | (1) |
Полученный результат показывает, что АМ колебание представляет собой сумму трех высокочастотных колебаний, имеющих частоты , и , и не содержит в себе низкой частоты W полезного сигнала.
Частоты и называются соответственно верхней и нижней боковыми частотами. Амплитуды колебаний боковых частот не превышают половины (при т = 1) амплитуды несущей частоты. Спектральный состав амплитудно-модулированного колебания показан на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Спектр АМ сигнала
Выше был рассмотрен спектр модулированного сигнала, когда в качестве первичного сигнала принималось простое гармоническое колебание. Реальные сигналы различных видов связи (телефонных и телеграфных) являются сложными и в частотном спектре занимают определенную полосу.
Как правило, передаваемый сигнал не является гармоническим и состоит из большого количества синусоидальных колебаний с разными амплитудами и частотами:
.
Поэтому и в структуре модулированного сигнала вместо боковых частот появятся боковые полосы. Очевидно, что спектр АМ сигнала в этом случае будет иметь в своем составе несущую частоту со и две боковых полосы частот: верхнюю , и нижнюю , (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Структура спектра телефонного АМ сигнала
Ширина полосы частот АМ телефонного сигнала может быть определена как разность между наибольшей верхней боковой частотой и наименьшей нижней боковой частотой:
т. е. ширина полосы АМ телефонного сигнала вдвое больше наивысшей частоты спектра первичного сигнала звуковой частоты. Считая F B = 3400 Гц, получим ширину спектра, равную DF c = 6800 Гц.
Колебание несущей частоты имеет постоянную амплитуду и не содержит в себе полезного сигнала. Передавать это колебание, в принципе, не обязательно. Несущая частота нужна в приемнике лишь для того, чтобы восстановить форму первичного сигнала. Полная информация о передаваемом сигнале заключена в равной степени в каждой из боковых полос частот.
Таким образом, недостатками амплитудной модуляции являются:
1. Широкая занимаемая полоса частот: она вдвое превышает ширину спектра передаваемого сигнала. Уменьшение полосы частот позволило бы увеличить количество каналов (рабочих частот) в пределах данного диапазона.
2. Нерациональное использование мощности передатчика. Действительно, амплитуда колебаний боковой частоты определяется выражением
где m - коэффициент амплитудной модуляции.
Несложно показать, что отношение между мощностями колебаний несущей и боковой частот будет равно
Поскольку m 1, то мощность, затрачиваемая на излучение колебаний несущей частоты, значительно превышает полезную мощность, затрачиваемую на излучение колебаний боковых частот. Реально на передачу полезной информации расходуется около 10 % мощности передатчика .
Недостатки, свойственные амплитудной модуляции, устраняются при переходе к так называемой однополосной модуляции.
Однополосная модуляция
Вид модуляции, при которой в спектре АМ сигнала сохраняется лишь одна боковая полоса, называется однополосной модуляцией (ОМ), а само колебание называется однополосно-модулированным сигналом.
Из анализа выражения (1) следует, что однополосная модуляция является особым видом амплитудно-частотной (фазовой) модуляции, при которой амплитуда высокочастотного колебания изменяется по закону изменения мгновенных амплитуд модулирующего сигнала (первичного электрического сигнала), а изменение частоты (фазы) происходит в соответствии с законом изменения мгновенной частоты модулирующего сигнала.
В настоящее время при работе в телефонном режиме на частотах до 20...30 МГц однополосная модуляция является основным видом управления колебаниями в радиопередатчиках.
Однополосная модуляция (ОМ) имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с применявшейся ранее амплитудной модуляцией (АМ).
Во-первых, ширина спектра сигнала при ОМ сокращается вдвое по сравнению со спектром сигнала при АМ, что позволяет в два раза увеличить число рабочих частот в одном и том же диапазоне и уменьшить вдвое мощность шума на выходе радиоприемника, что в свою очередь приводит к улучшению помехозащищенности канала связи.
Во-вторых, при однополосной модуляции повышается эффективность использования мощности передатчика, так как отпадает необходимость затраты электроэнергии на генерирование мощных колебаний несущей частоты. При заданной мощности передатчика это эквивалентно увеличению дальности связи. Переход от АМ к ОМ обеспечивает общий энергетический выигрыш примерно в 8 раз .
Еще одним достоинством однополосной модуляции является более высокий промышленный КПД, поскольку в паузах передачи информации несущая не генерируется и, следовательно, снижается потребление энергии от источников питания. Чем мощнее передатчик, тем больше выигрыш в потреблении энергии. Так, например, расход электроэнергии при АМ составляет 3,5...4,5 кВт на 1 кВт полезной мощности, а при ОМ – всего от 1,1 до 2 кВт.
Наряду с достоинствами однополосной модуляции следует отметить некоторые трудности ее технической реализации.
Для демодуляции однополосного сигнала в приемном устройстве на детектор (демодулятор) приемника необходимо подать колебание несущей частоты. В противном случае информация о частоте первичного сигнала будет потеряна. Источником колебания восстановленной несущей является специальный гетеродин, причем частота этой несущей должна быть восстановлена с высокой степенью точности ( 25 Гц).
Вторая трудность внедрения однополосных сигналов в практику связана с необходимостью подавления несущей и второй боковой полосы частот в тракте передачи.
Существует несколько способов формирования однополосных радиосигналов: фильтровый, фазофильтровый, фазокомпенсационный, синтетический и др. В настоящее время широкое применение находит фильтровый способ, который предполагает выделение с помощью фильтров одной из боковых полос амплитудно-модулированного сигнала.
Несмотря на указанные технические трудности, однополосная модуляция нашла широкое применение в коротковолновой военной радиосвязи.
Частотная модуляция
При частотной модуляции (ЧМ или РЗ) амплитуда модулированного несущего колебания остается неизменной, а меняется только его частота в соответствии с изменением амплитуды первичного сигнала. На рис. 1.8 показаны формы исходного (модулирующего) и частотно-модулированного сигналов.
Максимальное отклонение частоты от среднего значения несущей называется девиацией частоты:
Отношение
называется индексом частотной модуляции. Здесь W, (F ) – частота первичного сигнала.
Рис. 1.8. Принцип частотной модуляции
Также как АМ колебание, частотно-модулированное колебание является сложным. Разложение ЧМ сигнала на гармонические составляющие требует достаточно сложных математических преобразований с использованием функции Бесселя.
Выполнение этих преобразований показывает, что спектр колебания при частотной модуляции состоит из колебаний с частотами w 0 (f 0 ) и бесконечного числа боковых частот, расположенных попарно симметрично относительно несущей частоты w 0 и отличающихся от последней на n W, где n - любое целое число.
Амплитуды боковых составляющих определяются выражением
,
где – амплитуда ВЧ колебания;
– функция Бесселя n -го порядка от аргумента .
Пример спектра ЧМ сигнала показан на рис. 1.9.
Рис. 1.9. Спектр ЧМ сигнала
По величине индекса частотной модуляции различают:
– узкополосную ЧМ, когда < 1, т.е. < F ;
– широкополосную ЧМ, когда >1, т.е. > F ;.
Теоретически спектр ЧМ колебаний бесконечно широк. Практически, начиная с некоторых частот, амплитуды гармоник столь малы, что ими можно пренебречь. На этом основании ширина спектра ЧМ колебаний определяется как диапазон частот, расположенный симметрично относительно несущей, за пределами которого нет гармоник с амплитудами, превосходящими 0,01 .
Приближенно ширина спектра определяется формулой
| (2) |
Например, при девиации частоты = 5 кГц и наивысшей частоте спектра звукового сигнала F = 3,4 кГц, принятых для военной радиосвязи, ширина спектра ЧМ сигнала составит DF C » 2(5+3,4)=16,8 кГц.
При большом индексе частотной модуляции, когда >>1, формула (2) принимает вид
,
т. е. ширина спектра практически равна удвоенной девиации частоты.
При малом индексе частотной модуляции << 1ширина спектра будет равна
т. е. составит такую же величину, как и при амплитудной модуляции.
В технике радиосвязи при работе в телефонном режиме на частотах выше 20...30 МГц частотная модуляция нашла широкое применение, а в УКВ радиостанциях малой мощности (до 100 Вт) она является основным видом модуляции. Сигналы при ЧМ имеют более широкий спектр, чем при ОМ, но это обстоятельство при большой частотной емкости диапазона не является решающим при выборе вида модуляции. Кроме того, аппаратура, где применяется только частотная модуляция, значительно упрощается, что очень важно для маломощных радиостанций.
1. Назначение и основные эксплуатационно-технические
характеристики радиопередатчика
Радиопередатчиком называется радиотехническое устройство, преобразующее первичные электрические сигналы в радиосигналы определенной мощности, необходимой для обеспечения радиосвязи на заданное расстояние с требуемой надежностью.
Независимо от вида передаваемых сигналов передатчик выполняет следующие функции:
1) формирование сетки (множества) высокочастотных несущих колебаний в рабочем диапазоне с заданной дискретностью;
2) модуляция (или манипуляция) несущих колебаний по закону передаваемых первичных сигналов;
3) усиление сформированных радиосигналов до заданной мощности за счет энергии местных источников питания;
4) преобразование усиленных радиосигналов в электромагнитные волны.
В состав любого радиопередатчика, обобщенная структурная схема которого представлена на рис.2.1, входят следующие основные элементы: возбудитель, усилитель мощности, согласующее антенное устройство и система электропитания.
Рис. 2.1. Структурная схема радиопередатчика
Основными техническими характеристиками любого радиопередатчика являются:
– диапазон и количество рабочих частот;
– виды радиосигналов;
– мощность и коэффициент полезного действия;
– стабильность частоты излучаемых радиосигналов;
– уровень побочных излучений;
– время перестройки передатчика с одной частоты на другую.
1. Диапазон рабочих частот характеризуется двумя параметрами: граничными частотами диапазона и , а также коэффициентом перекрытия диапазона по частоте
.
В УКВ диапазоне обычно не превышает 1,3 (в некоторых случаях может достигать величины 3,0). Для передатчиков КВ диапазона значение коэффициента перекрытия колеблется в пределах 10-20.
При заданном интервале между соседними частотами (шаге сетки) диапазон частот определяет общее количество рабочих частот N, на которое может быть настроен передатчик:
Обычно интервалы между соседними частотами равны 0,01; 0,1; 1,0; 10 и
25 кГц.
2. Виды радиосигналов, используемых для радиосвязи, можно разделить на две группы: телефонные, формируемые в процессе модуляции, и телеграфные, формируемые в процессе манипуляции.
В настоящее время при формировании телефонных радиосигналов наиболее широко используются методы однополосной (ОМ) и частотной (ЧМ) модуляции и практически не применяются устаревшие методы амплитудной (АМ) модуляции. При работе телеграфными радиосигналами применяются методы амплитудного (АТ), частотного (ЧТ и ДЧТ) и относительного фазового (ОФТ) телеграфирования.
3. Мощность радиопередатчика является одной из важнейших характеристик и в значительной степени определяет уровень сигнала в точке приема, а следовательно, дальность радиосвязи и ее надежность. Под мощностью радиопередатчика понимается средняя мощность радиосигнала, подводимая к передающей антенне.
Для всех видов телефонных радиосигналов (кроме ОМ) средняя мощность измеряется при отсутствии первичного сигнала (в режиме молчания). Для телефонных радиосигналов с ОМ мощность радиопередатчика определяется пиковой мощностью радиосигнала при максимальном (пиковом) значении первичного модулирующего сигнала. При работе радиопередатчиков телеграфными радиосигналами мощность оценивается средней мощностью, подводимой к антенне при передаче положительной (токовой) посылки первичного электрического сигнала или, как принято говорить, «в режиме нажатого ключа».
Общий (промышленный) КПД радиопередатчика определяется отношением мощности, подводимой к антенне, к общей мощности, потребляемой его цепями от первичного источника питания. В современных радиопередатчиках средней и большой мощности общий КПД составляет 25...30 % .
4. Стабильность частоты излучаемых радиосигналов определяет устойчивость и надежность радиосвязи, обеспечивает вхождение в связь без поиска корреспондентов и без подстройки приемника. Количественно стабильность частоты оценивается либо абсолютной, либо относительной нестабильностью.
Под абсолютной нестабильностью частоты понимается разность между ее текущим (измеренным) значением/и номинальным (требуемым) значением :
Относительная нестабильность частоты позволяет сравнивать передатчики, работающие в различных диапазонах, и определяется отношением абсолютной нестабильности к номинальному значению частоты, на котором осуществляется измерение:
Относительная нестабильность частоты современных радиопередатчиков составляет = 10 -6 ... 10 -7 и выше.
Принято различать два вида побочных излучений: излучения на гармониках основной частоты, возникающие в результате нелинейного режима усиления радиосигнала в УМ, и излучения на комбинационных частотах, возникающие в результате нелинейных преобразований при формировании сигналов на рабочей частоте в возбудителе. Последние являются наиболее опасными, поскольку могут находиться в непосредственной близости от спектра основного радиосигнала и практически не фильтруются в усилительных каскадах передатчика.
Относительный уровень побочных излучений оценивается отношением мощности побочного излучения Р пи к мощности основного излучения Р А и выражается в децибелах:
В соответствии с современными требованиями гармоники основного излучения (вторые и более высокие) должны быть подавлены на выходе радиопередатчика не менее чем на 65 дБ.
Нормы по подавлению комбинационных частот следующие:
¨ в полосе частот, отстоящих от спектра основного сигнала на
(± 3,5)…(± 25) кГц – не менее 80 дБ;
¨ 4 от ± 25 кГц и до ± 10 % от установленной частоты – не менее 120 дБ;
¨ свыше ± 10 % от установленной частоты – не менее 140 дБ.
6. Время перестройки передатчика с одной частоты на другую в значительной степени определяет надежность радиосвязи, особенно в условиях сложной помеховой обстановки. Современные радиопередатчики, имеющие системы заранее подготовленных частот (ЗПЧ), обеспечивают перестройку с одной ЗПЧ на другую в течение единиц секунд. В настоящее время предъявляются более жесткие требования к указанной характеристике. Так, при использовании радиостанций в частотно-адаптивных радиолиниях время перестройки должно ограничиваться единицами миллисекунд.
Кроме рассмотренных выше характеристик важное значение имеют также эксплуатационные и конструктивные характеристики радиопередатчиков:
– время готовности к работе, которое измеряется с момента включения радиопередатчика и до момента достижения номинальных значений параметров, в том числе требуемой стабильности частоты. В зависимости от типов радиопередатчиков и используемых в них усилительных элементов это время составляет от единиц секунд до десятков минут;
– время непрерывной работы. Радиопередатчики большой мощности, как правило, должны быть рассчитаны на непрерывную работу в течение суток, средней мощности - на непрерывную работу в течение нескольких часов, а для переносных радиостанций в ряде случаев предусматривается работа в течение меньших отрезков времени. Эта характеристика определяет выбор источников питания, системы охлаждения и конструкции выходных каскадов усилителей мощности;
– надежность, оцениваемая наработкой на отказ, которая должна составлять для серийно выпускаемых радиопередатчиков средней и большой мощности на втором году их эксплуатации 2.. .3 тыс. ч;
– устойчивость к механическим воздействиям (вибростойкость, ударо-стойкость) и независимость работы радиопередатчика от климатических условий. Эти требования вытекают из необходимости надежной работы радиопередатчика в различных, порой весьма сложных условиях эксплуатации;
– габариты, масса и т. д.
Требования к основным техническим характеристикам современных радиопередатчиков чрезвычайно высоки и обычно находятся в противоречии.
Синтезаторы частот
Практические схемы синтезаторов частот (в дальнейшем просто синтезаторов) весьма разнообразны. Несмотря на это, можно отметить общие принципы, лежащие в основе построения современных синтезаторов:
– современные синтезаторы содержат, как правило, один опорный кварцевый генератор, частоту колебаний которого называют первичной опорной частотой;
– широкое применение делителей, умножителей, преобразователей частоты и датчиков опорных частот, обеспечивающих синтез сетки частот с использованием одного опорного колебания;
– обеспечение синтезаторами принципа декадной установки частоты возбудителя.
По методам образования выходных колебаний системы синтеза частот можно разделить на два класса:
1) системы прямого (пассивного) синтеза частот;
2) системы косвенного (активного) синтеза частот.
Системы прямого синтеза не содержат автогенераторов и предполагают получение заданных выходных частот из частоты опорного генератора путем простых арифметических действий над ней: умножения, деления, сложения и вычитания. Появляющиеся при этом побочные колебания ослабляются непосредственной фильтрацией с помощью перестраиваемых или коммутируемых полосовых фильтров.
В системах, косвенного синтеза для получения выходных частот используется дополнительный автогенератор с параметрической стабилизацией частоты. Нестабильность частоты этого автогенератора устраняется различными методами, которые будут рассмотрены ниже.
Системы синтеза частот того или другого класса могут быть выполнены на аналоговых элементах или с использованием цифровой элементной базы. Системы синтеза частот, осуществляемого цифровыми методами, называют системами цифрового синтеза, а устройства, использующие такие системы, – цифровыми синтезаторами.
Цифровые синтезаторы частот
Широкое использование логических интегральных схем в технике связи обусловило появление новых типов синтезаторов частот, которые принято называть цифровыми. Наибольшее распространение получили цифровые синтезаторы, выполненные по методу косвенного синтеза с фазовой автоматической подстройкой частоты.
Наиболее простая схема цифрового синтезатора с системой ИФАП представлена на рис. 2.9.
В состав схемы входят управляемый генератор (УГ), формирующие устройства (ФУ), делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД), импульсно-фазовый детектор (ИФД) и ФНЧ.
Рис. 2.9. Система ИФАП цифрового синтезатора частоты
Колебания УГ, преобразованные с помощью формирующего устройства в импульсную последовательность той же частоты, поступают на ДПКД. На выходе делителя имеет место последовательность импульсов с частотой следования , где N - коэффициент деления ДПКД, величина которого изменяется в необходимых пределах внешними органами управления. Последовательность с выхода ДПКД поступает на вход ИФД, где сравнивается с эталонной импульсной последовательностью.
На выходе ИФД выделяется управляющее напряжение, зависящее от разности фаз (частот) сравниваемых колебаний, и приводит систему в стационарное состояние, при котором соблюдается условия:
Из приведенного выражения видно, что выходная частота генератора полностью определяется эталонной частотой и установленным значением коэффициента деления N. При этом относительная нестабильность частоты УГ определяется относительной нестабильностью частоты опорного колебания.
Таким образом, применение цифровых элементов позволило заменить преобразователи частоты делителями, что существенно уменьшает уровень побочных колебаний на выходе синтезатора. Кроме того, использование ДПКД резко увеличило полосу схватывания системы ФАП, поэтому в сравнительно узкодиапазонных синтезаторах не требуется применение систем автопоиска.
Рассмотренные выше синтезаторы частот, независимо от методов их построения, находят широкое применение не только в возбудителях радиопередатчиков, но и в целом ряде различных радиотехнических устройств. В супергетеродинных радиоприемниках синтезаторы частот выполняют функции гетеродинов. Синтезаторы широко используются в измерительных приборах (генераторах, частотомерах, анализаторах спектра и пр.), в телеметрических устройствах, в различных приборах, предназначенных для физических исследований, и т. д.
4. Тракты формирования радиосигналов
Одной из функций возбудителя является преобразование первичных электрических сигналов в высокочастотные сигналы (радиосигналы). Это преобразование рассматривается как формирование радиосигналов.
В современных военных радиостанциях широко используются следующие виды радиосигналов:
¨ телефонные с однополосной модуляцией (ОМ);
¨ телефонные с частотной модуляцией (ЧМ);
¨ телеграфные с амплитудной манипуляцией (АТ – амплитудное телеграфирование);
¨ телеграфные с частотной манипуляцией (ЧТ – частотное телеграфирование);
¨ телеграфные с двойной частотной манипуляцией (ДЧТ);
¨ телеграфные с относительной фазовой манипуляцией (ОФТ).
Каждый вид радиосигналов требует специальных устройств, которые реализуют тот или иной метод формирования. Все формирующие устройства обычно объединяются в один конструктивный и функциональный блок – блок формирования радиосигналов (БФС).
Независимо от вида формируемых радиосигналов к БФС предъявляются следующие общие требования:
– минимальный уровень нелинейных и частотных искажений первичного сигнала в процессе формирования радиосигнала;
– минимальный уровень побочных колебаний в процессе формирования радиосигналов;
– малый уровень собственных шумов на выходе БФС;
– высокая стабильность частоты формируемых радиосигналов.
Выполнение указанных требований легче обеспечить при сравнительно малых уровнях сигналов и относительно низких частотах. Поэтому в большинстве случаев радиосигналы первоначально формируются в БФС на одной фиксированной частоте, измеряемой сотнями килогерц или единицами мегагерц, а затем с помощью ряда преобразований частоты (в такте преобразования радиосигналов) спектр сигнала переносится в область более высоких частот, а при последнем преобразовании - на рабочую частоту возбудителя. Все опорные колебания, обеспечивающие преобразование сигнала и перенос его спектра на рабочую частоту, вырабатываются синтезатором.
Рассмотрим принципы формирования отдельных видов радиосигналов.
4.1. Формирование радиосигналов с однополосной
модуляцией
В настоящее время при работе радиостанций в телефонном режиме на частотах до 20...30 МГц основным видом модуляции стала однополосная модуляция (ОМ), которая имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с применявшейся ранее амплитудной модуляцией (см. занятие № 1).
Существуют различные способы формирования ОМ сигналов: фильтровый, фазофильтровый, фазокомпенсационный, синтетический и др. В современной аппаратуре находит широкое применение только один из них – фильтровый способ. Этот способ прост в реализации и обеспечивает получение высоких качественных показателей возбудителей. Фильтровый способ предполагает выделение с помощью полосового фильтра одной из боковых полос амплитудно-модулированного сигнала. Принцип формирования ОМ сигнала поясняется рис. 2.10.
Рис. 2.10. Фильтровый способ формирования ОМ сигналов
На входы балансного модулятора подаются первичный электрический сигнал, имеющий спектр F , и гармонический сигнал с частотой в качестве несущего колебания. На выходе модулятора, собранного по балансной схеме, получается спектр АМ сигнала в составе нижней боковой полосы частот (), верхней боковой полосы частот () и подавленной несущей . Узкополосный фильтр на выходе модулятора предназначен для выделения необходимой боковой полосы частот (на рис. 2.10 – верхней) и подавления второй боковой полосы и остатка несущей.
В военной радиосвязи первичный сигнал занимает полосу частот
F
= 300...3400 Гц, поэтому расстояние на частотной оси между подавляемой и не подавляемой боковыми полосами составит всего 600 Гц. Необходимость эффективного подавления (60 дБ) второй боковой полосы частот, столь близко расположенной на оси частот к выделяемому сигналу, предъявляет жесткие требования к полосовому фильтру. В современных возбудителях применяются, как правило, кварцевые фильтры, рассчитанные на стандартные промежуточные частоты (чаще всего = 128 кГц).
Как уже отмечалось выше, передаваемые сигналы однозначно связаны с передаваемыми сообщениями. Математическим описанием сигнала является некоторая функция времени s (t ). Сигналы связи можно классифицировать по нескольким признакам.
В теории сообщений сигналы в первую очередь принято делить на детерминированные (регулярные) и случайные. Сигнал называется детерминированным, если он может быть описан известной функцией времени. Следовательно, под детерминированным понимается такой сигнал, который соответствует известному передаваемому сообщению и который можно точно предсказать заранее за сколь угодно большой промежуток времени. Детерминированные сигналы принято подразделять на периодические, почти периодические и непериодические.
В реальных условиях сигнал в месте приема заранее неизвестен и не может быть описан определенной функцией времени. Принимаемые сигналы имеют непредсказуемый, случайный характер вследствие нескольких причин. Во-первых, потому, что регулярный сигнал не может нести информации. Действительно, если бы о передаваемом сигнале было известно все, то его незачем было бы передавать. Обычно на приемной стороне известны лишь некоторые параметры сигнала. Во-вторых, сигналы имеют случайный характер вследствие различного рода помех как внешних (космических, атмосферных, индустриальных и др.), так и внутренних (шумы ламп, сопротивлений и т.д.). Принимаемый сигнал искажается также вследствие прохождения через линию связи, параметры которой часто являются случайной функцией времени.
Моделью сигнала связи является не одна функция времени s (t ) , а набор некоторых функций, представляющих собой случайный процесс. Каждый конкретный сигнал является однойизреализаций случайного процесса, которую можно описать детерминированной функцией времени. Часто ансамбль возможных сообщений (сигналов) получателю известен. Задача состоит в том, чтобы по принятой реализации смеси сигнала с помехами определить, какое сообщение из заданного ансамбля было передано.
Таким образом, передаваемый сигнал необходимо рассматривать как множество функций, являющихся реализациями случайного процесса. Статистические характеристики этого процесса полностью описывают свойства сигнала. Однако решение многих конкретных задач становится в этом случае затруднительным. Поэтому изучение сигналов и их прохождение через различные цепи целесообразно начинать с отдельных реализации как детерминированных функций.
Полное описание сигнала не всегда необходимо. Иногда для анализа бывает достаточно нескольких обобщенных характеристик, наиболее полно отражающих свойства сигнала. Одной из важнейших характеристик сигнала является его длительность Т, которая определяет необходимое время работы канала и просто связана с количеством сведений, передаваемых этим сигналом. Второй характеристикой является ширина спектра сигнала F , которая характеризует поведение сигнала на протяжении его длительности, скорость его изменения. В качестве третьей характеристики можно было бы ввести такую, которая определяла бы амплитуду сигнала на протяжении его существования, например, мощность. Однако мощность сигнала Р с сама по себе не определяет условия его передачи по реальным каналам связи с помехами. Поэтому сигнал принято характеризовать отношением мощностей сигнала и помехи:
которое называют превышением сигнала над помехой или отношением сигнал/шум.
Часто используется также характеристика сигнала, называемая динамическим диапазоном ,
которая определяет интервал изменения уровней сигнала (например, громкости при передаче телефонных сообщения) и предъявляет соответствующее требования к линейности тракта. С этой стороны сигнал можно охарактеризовать так называемым пикфактором
представляющим собой отношение максимального значения сигнала к действующему. Чем больше пикфактор сигнала, тем хуже будут энергетические показатели радиотехнического устройства.
С точки зрения произведенных над сообщениями преобразований сигналы принято делить на видеосигналы (немодулированные) и радиосигналы (модулированные). Обычно спектр видеосигнал сосредоточен в низкочастотной области. При использовании модуляции видеосигнал называют модулирующим. Спектр радиосигнала сосредоточен около некоторой средней частоты в области высоких частот. Радиосигналы могут передаваться в виде электромагнитных волн.
В
заключение параграфа коротко охарактеризуем
сигналы, используемые при различных
видах связи. На рис. 1.2 показан видеосигнал
в виде непрерывной импульсной
последовательности. Такой сигнал
формируется при телеграфных видах
работы с использованием пятизначного
двоичного кода. Ширина полосы частот,
используемая для передачи таких сигналов,
зависит от скорости телеграфирования
и равна, например, 150-200 Гц при использовании
телеграфного аппарата СТ-35 и передаче
50 знаков в секунду. При передаче телефонных
сообщений сигнал представляет собой
непрерывную ф
ункцию
времена, как это показано на рис. 1.2 б.
В
коммерческой телефонии сигнал обычно
передается в полосе частот от 300 Гц до
3400 Гц. В вещании для качественной передачи
речи и музыки требуется полоса частот
примерно от 40 Гц до 10 кГц. При передаче
неподвижных изображений с помощью
фототелеграфа сигнал имеет вид, показанный
на рис. 1.З а.
Он представляет собой ступенчатую функцию. Число возможных уровней равно числу передаваемых томов и полутонов. Для передачи используют один или несколько стандартных телефонных каналов. При передаче подвижных изображений в телевидении с использованием 625 строк разложения требуется полоса частот от 50 Гц до 6 МГц. Сигнал при этом имеет сложную дискретно – непрерывную структуру. Модулированные сигналы имеют вид, показанный на рис.1.3 б (при амплитудной модуляции).
Нет ничего сплошного и твердого. Таков мир квантовой физики. Доказано,что только мысль позволяет нам собрать и удержать вместе те «объекты», которые мы видим в этом постоянно изменчивом поле энергии. Так почему же мы видим человека, а не мигающий сгусток энергии? Представьте себе катушку с фильмом. Фильм – это набор кадров с частотой примерно 24 кадра в секунду. Кадры разделены интервалом времени. Однако, благодаря скорости, с которой один кадр сменяет другой, возникает обман зрения, и мы думаем, что видим непрерывное и движущееся изображение. Теперь вспомните о телевидении. Электронно-лучевая трубка телевизора – это просто трубка с множеством электронов, которые ударяются об экран определенным образом и создают тем самым иллюзию формы и движения. Вот чем являются все объекты в любом случае. У вас есть 5 физических чувств (зрение, слух, осязание, обоняние и вкус). Каждое из этих чувств имеет определенный спектр (например, собака слышит звук в другом диапазоне, чем вы; змея видит свет в другом спектре, чем вы, и так далее). Иначе говоря, ваш набор чувств воспринимает окружающее море энергии с определенной ограниченной точки зрения и, исходя из этого, строит изображение. Это не полная, и совсем не точная картина. Это - всего лишь интерпретация. Все наши интерпретации основаны исключительно на «внутренней карте» реальности, сформировавшейся у нас, а не на объективной истине. Наша «карта» – это результат накопленного в течение жизни опыта. Наши мысли связаны с этой невидимой энергией, и они определяют то, что формирует эта энергия. Мысли буквально перебирают вселенную частица за частицей с тем, чтобы создать физическую жизнь. Оглянитесь вокруг. Всё, что вы видите в нашем физическом мире, началось как идея, – идея, которая росла по мере того, как ею делились и выражали, пока не выросла достаточно, чтобы через несколько этапов стать физическим объектом. Вы буквально становитесь тем, о чем больше всего думаете. Ваша жизнь становится тем, во что вы больше всего верите. Мир – это в буквальном смысле слова ваше зеркало, которое позволяет вам испытать в физическом плане то, что вы считаете истиной для себя … пока вы не измените точку зрения. Квантовая физика демонстрирует нам, что окружающий мир – это не нечто жесткое и неизменное, как могло бы показаться. Напротив, это нечто непрерывно меняющееся, построенное на наших индивидуальных и коллективных мыслях. То, что мы считаем истинным, на самом деле – иллюзия, почти цирковой трюк. К счастью, мы уже начали раскрывать эту иллюзию и, самое главное, искать возможности изменить ее. Из чего состоит ваше тело? Человеческое тело состоит из девяти систем, включая кровообращение, пищеварение, эндокринную систему, мышечную, нервную, репродуктивную, дыхательную, скелетную системы и мочевые пути. А из чего состоят они? Из тканей и органов. Из чего состоят ткани и органы? Из клеток. Из чего состоят клетки? Из молекул. Из чего состоят молекулы? Из атомов. Из чего состоят атомы? Из субатомных частиц. Из чего состоят субатомные частицы? Из энергии! Вы и я – это чистая энергия-свет в ее наиболее прекрасном и разумном воплощении. Энергия, постоянно изменяющаяся под поверхностью, но – под контролем вашего могущественного интеллекта. Вы – это одно большое звёздное и могущественное Человеческое Существо. Если бы вы могли увидеть себя под мощным электронным микроскопом и проводить другие эксперименты над собой, вы бы убедились в том, что состоите из сгустка постоянно меняющейся энергии в виде электронов, нейтронов, фотонов и так далее. Так же – и всё, что вас окружает. Квантовая физика говорит нам, что именно акт наблюдения объекта заставляет его быть там и таким, где и каким мы его видим. Объект не существует независимо от своего наблюдателя! Так что, как видите, ваши наблюдения, ваше внимание к чему-либо, и ваше намерение, буквально создает данный объект. Это доказано наукой. Ваш мир состоит из духа, разума и тела. Каждый из этих трёх элементов, дух, разум и тело, выполняет функцию, которая является уникальной для него и не доступна для остальных. То, что видят ваши глаза и ощущает ваше тело – это физический мир, который мы будем называть Тело. Тело – это эффект, созданный по причине. Данная причина – это Мысль. Тело не может создавать. Оно может только ощущать и быть ощущаемым … в этом его уникальная функция. Мысль не может ощущать …она может только выдумывать, создавать и объяснять. Ей необходим мир относительности (физический мир, Тело), чтобы ощущать саму себя. Дух есть Всё Сущее, то, что даёт Жизнь Мысли и Телу. Тело не имеет власти создавать, хотя и дарит такую иллюзию. Эта иллюзия является причиной множества разочарований. Тело – это просто результат, и не в его власти стать причиной или создать нечто. Ключевым во всей этой информации является возможность для вас научиться видеть Вселенную иначе, для того чтобы дать воплощение всему, что является вашим истинным желанием.
– Ирина Каминкова
Лауреаты Нобелевской премии в области физики доказали, что, вне всяких сомнений, физический мир — это единый океан энергии, который возникает и спустя миллисекунды исчезает, пульсируя снова и снова.
Нет ничего сплошного и твердого. Таков мир квантовой физики.
Доказано, что только мысль позволяет нам собрать и удержать вместе те «объекты», которые мы видим в этом постоянно изменчивом поле энергии.
Так почему же мы видим человека, а не мигающий сгусток энергии?
Представьте себе катушку с фильмом.
Фильм — это набор кадров с частотой примерно 24 кадра в секунду. Кадры разделены интервалом времени. Однако, благодаря скорости, с которой один кадр сменяет другой, возникает обман зрения, и мы думаем, что видим непрерывное и движущееся изображение.
Теперь вспомните о телевидении.
Электронно-лучевая трубка телевизора – это просто трубка с множеством электронов, которые ударяются об экран определенным образом и создают тем самым иллюзию формы и движения.
Вот чем являются все объекты в любом случае. У вас есть 5 физических чувств (зрение, слух, осязание, обоняние и вкус).
Каждое из этих чувств имеет определенный спектр (например, собака слышит звук в другом диапазоне, чем вы; змея видит свет в другом спектре, чем вы, и так далее).
Иначе говоря, ваш набор чувств воспринимает окружающее море энергии с определенной ограниченной точки зрения и, исходя из этого, строит изображение. Это не полная, и совсем не точная картина. Это — всего лишь интерпретация.
Все наши интерпретации основаны исключительно на «внутренней карте» реальности, сформировавшейся у нас, а не на объективной истине. Наша «карта» — это результат накопленного в течение жизни опыта.
Наши мысли связаны с этой невидимой энергией, и они определяют то, что формирует эта энергия. Мысли буквально перебирают вселенную частица за частицей с тем, чтобы создать физическую жизнь.
Оглянитесь вокруг.
Все, что вы видите в нашем физическом мире, началось как идея, — идея, которая росла по мере того, как ею делились и выражали, пока не выросла достаточно, чтобы через несколько этапов стать физическим объектом.
Вы буквально становитесь тем, о чем больше всего думаете.
Ваша жизнь становится тем, во что вы больше всего верите.
Мир – это в буквальном смысле слова ваше зеркало, которое позволяет вам испытать в физическом плане то, что вы считаете истиной для себя … пока вы не измените точку зрения.
Квантовая физика демонстрирует нам, что окружающий мир – это не нечто жесткое и неизменное, как могло бы показаться. Напротив, это нечто непрерывно меняющееся, построенное на наших индивидуальных и коллективных мыслях.
То, что мы считаем истинным, на самом деле — иллюзия, почти цирковой трюк.
К счастью, мы уже начали раскрывать эту иллюзию и, самое главное, искать возможности изменить ее.
Из чего состоит ваше тело?
Человеческое тело состоит из девяти систем, включая кровообращение, пищеварение, эндокринную систему, мышечную, нервную, репродуктивную, дыхательную, скелетную системы и мочевые пути.
А из чего состоят они?
Из тканей и органов.
Из чего состоят ткани и органы?
Из клеток.
Из чего состоят клетки?
Из молекул.
Из чего состоят молекулы?
Из атомов.
Из чего состоят атомы?
Из субатомных частиц.
Из чего состоят субатомные частицы?
Из энергии!
Вы и я – это чистая энергия-свет в ее наиболее прекрасном и разумном воплощении. Энергия, постоянно изменчивая под поверхностью, но – под контролем вашего могущественного интеллекта.
Вы – это одно большое звездное и могущественное Человеческое Существо.
Если бы вы могли увидеть себя под мощным электронным микроскопом и проводить другие эксперименты над собой, вы бы убедились в том, что состоите из сгустка постоянно меняющейся энергии в виде электронов, нейтронов, фотонов и так далее.
Так же – и все, что вас окружает. Квантовая физика говорит нам, что именно акт наблюдения объекта заставляет его быть там и таким, где и каким мы его видим.
Объект не существует независимо от своего наблюдателя! Так что, как видите, ваши наблюдения, ваше внимание к чему-либо, и ваше намерение, буквально создает данный объект.
Это доказано наукой.
Ваш мир состоит из духа, разума и тела.
Каждый из этих трех элементов, дух, разум и тело, выполняет функцию, которая является уникальной для него и не доступна для остальных. То, что видят ваши глаза и ощущает ваше тело – это физический мир, который мы будем называть Тело. Тело – это эффект, созданный по причине.
Данная причина – это Мысль.
Тело не может создавать. Оно может только ощущать и быть ощущаемым … в этом его уникальная функция.
Мысль не может ощущать … она может только выдумывать, создавать и объяснять. Ей необходим мир относительности (физический мир, Тело), чтобы ощущать саму себя.
Дух есть Все Сущее, то, что дает Жизнь Мысли и Телу.
Тело не имеет власти создавать, хотя и дарит такую иллюзию. Эта иллюзия является причиной множества разочарований. Тело – это просто результат, и не в его власти стать причиной или создать нечто.
Ключевым во всей этой информации является возможность для вас научиться видеть Вселенную иначе, для того чтобы дать воплощение всему, что является вашим истинным желанием.
