Коррекция фазочастотных характеристик канала связи. Модуляция и демодуляция сигналов

ВВЕДЕНИЕ

В ходе выполнения двух лабораторных работ изучаются функциональная схема аппаратуры “ИА-001” (ЕС-8010), схемы отдельных блоков и узлов, а также их конструктивные особенности. Особое внимание уделяется исследованию систем синхронизации, принципов формирования и демодуляции сигналов с двукратной относительной фазовой манипуляцией (ДОФМ), а также изучению принципов коррекции фазовых искажений в системах передачи дискретных сообщений (СПДС).

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Коррекция фазочастотных характеристик канала связи

        Для того чтобы сигналы проходили канал связи без искажений, его частотные характеристики должны отвечать соответствующим требованиям. В частности амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)  должна быть постоянной в пределах полосы частот канала связи, а фазочастотная характеристика (ФЧХ) должна быть линейной возрастающей функцией частоты. Требование возрастания ФЧХ вытекает из существующей связи между ФЧХ и групповым временем запаздывания (ГВЗ)  канала связи: . Т.к. ГВЗ не может быть отрицательной величиной, поскольку это время запаздывания сигнала в канале связи, следовательно, производная ФЧХ по частоте может быть только возрастающей функцией частоты. Очевидно, что для идеального канала связи ГВЗ должна быть постоянной величиной , поэтому для оценки фазовых искажений важно не её абсолютное значение, а неравномерность ГВЗ в полосе частот канала связи.

      Влияние искажений ФЧХ на форму сигнала можно исследовать аналитически, если задать конкретный вид её отклонений от линейной. Зададим форму ФЧХ аналитически в виде: . График этой функции приведён на рис. 1.

В случае более сложной формы ФЧХ её можно описать с использованием разложения в тригонометрический ряд Фурье. Очевидно, что приведённое выше выражение можно трактовать как сумму первых двух членов такого ряда.

      Рассмотрим прохождение видеоимпульса произвольной формы через канал с указанной ФЧХ и идеальной АЧХ  (). Опишем импульс с помощью интеграла Фурье:

,

где:                       .

      Тогда сигнал на выходе канала связи можно записать аналогично:

.

Воспользуемся разложением:

,

где: - функция Бесселя порядка . Т.к. в реальных каналах ТЧ величина , членами высших порядков в указанном разложении можно пренебречь. Учитывая, что , в итоге получим выражение:

Сравнивая это выражение с исходным представлением сигнала с помощью интеграла Фурье, можно записать:

,

т.е. сигнал на выходе состоит главного сигнала , изменённого по амплитуде и задержанного на величину , и двух эхо сигналов. Один эхо сигнало отстаёт от главного на величину  и совпадает с ним по полярности. Второй опережает главный сигнал на величину  и противоположен по полярности. Условно эти сигналы показаны на рис. 2. В целом форма сигнала на выходе будет зависеть от соотношения амплитуд этих импульсов и их задержек. Такие искажения сигналов называют линейными.

     

 В случае более сложной формы ФЧХ таких слагаемых будет гораздо больше.

      Для устранения таких эффектов используют коррекцию линейных искажений. Причём коррекция требуется не всегда. При скоростях передачи информации до 600 бит/с коррекция не применяется, при скоростях передачи порядка 1200 бит/с коррекция применяется только на линиях с большим числом переприёмных участков и только при больших скоростях передачи коррекция обязательно применяется.

       Коррекцию производят с помощью каскадного включения в канал связи частотно-зависимого четырёхполюсника, называемого корректором. В результате в заданной полосе частот  имеет место условие:

,

где:  - передаточная функция канала связи,  - передаточная функция корректирующего устройства,  - результирующая передаточная функция системы “канал связи плюс корректор”.

         Различают два вида коррекции:

 -   коррекцию каналов, при которой характеристики канала стараются привести к идеальному виду  и  или , безотносительно к характеру передаваемых сигналов;

-  коррекцию сигналов, когда целью коррекции является обеспечение наибольшей верности приёма сигналов некоторого определённого типа, т.е. когда сигнал на выходе канала связи с корректором приводят к найквистовскому виду.

Достоинство коррекции каналов заключается в её универсальности, а коррекции сигналов – в более высокой точности коррекции.

   В зависимости от области применения и требований к необходимой точности коррекции различают три группы корректоров:

-  стандартные корректоры, предназначенные для выравнивания усреднённых частотных характеристикГВЗ. Характеристики ГВЗ различных каналов не одинаковы из-за разброса параметров используемых в них устройств.

Поэтому величина  группового времени запаздывания на каждой частоте является величиной случайной, среднее значение которой  определяется в основном числом переприемных пунктов  по низкой частоте. Разброс этой величины относительно среднего значения определяется разбросом параметров аппаратуры. Можно указать область (на рис.3 заштрихована), которой будет принадлежать характеристика ГВЗ выбранного наугад канала связи с вероятностью 0.9. Характеристика ГВЗ стандартного фазового корректора   выбирается так, чтобы .