Файл: Ягодин, В. П. Техника буквопечатающей радиосвязи.pdf

При этом основными техническими путями является рациональный выбор способов передачи радиосигналов (формы несущих колебаний высокой частоты и вида манипуляции), а также кодирования сооб­ щения и приема радиосигналов (построения приемного устройства), обеспечивающих наименьшее искажение сигнала при воздействии по­ мех.

Полоса частот радиотелеграфного сигнала. Одни из путей повы­ шения помехоустойчивости радиотелеграфной связи — использование предельно узкой полосы излучения в передатчике и полосы пропу­ скания в приемнике.

Телеграфную манипуляцию радиопередатчика рассматривают как 100% модуляцию сигналом, имеющим прямоугольную огибаю­

в бодах. Частота манипуляции Тм в процессе передачи изменяется — максимальна при регулярном чередовании положительных и отрица­ тельных посылок (нажатия и отжатая), что соответствует передаче точек, и минимальна при единовременном включении той или иной посылки. При определении полосы излучения передатчика учиты­ вается максимальное значение частоты манипуляции. Излучаемый передатчиком спектр содержит колебание несущей частоты и боль­ шое число симметрично расположенных относительно нее колебаний боковых частот, соответствующих частоте F м и ее гармоникам. На практике полосу пропускания в передатчике и приемнике приходится ограничивать: телеграфный сигнал может быть достаточно точно воспроизведен, если передаваемая полоса частот ограничивается про­ пусканием не более третьей—пятой гармоники основной частоты ма­

Особенности частотной телеграфии. Принципиальной особенно­ стью частотной телеграфии является передача с активной паузой — излучение происходит как при нажатии (сигнал), так и при отжатин (пауза), но на разных частотах*. Сдвиг частоты манипуляции обычно выбирается сравнительно небольшим; в зависимости от ско­ рости телеграфирования он в три—семь раз больше основной часто­ ты манипуляции F H. Полоса полезного излучения передатчика, необ­ ходимая для воспроизведения телеграфных посылок без существен­ ных искажений Ес — Д/+(б-ч-10) F „. Для указанной величины сдви­ га частоты Д/ при частотной телеграфии полоса пропускания в пере­ датчике и приемнике почти в два раза меньше, чем при амплитудной телеграфии.

Приемное устройство, распознавая передаваемые сигналы, реаги­ рует на изменение их частоты (рис. 2 и 5). Благодаря непрерывному излучению колебаний передатчиком, приемник все время находится под воздействием полезного сигнала, а каналы приема посылок на­

* Телеграфирование с активной паузой предложено в 1927 г. со­ ветскими радпоспецпалистами А. Л. Минцем и II. Н. Куксенко.

23

жатия и отжатия одинаково подвержены действию помех. Поэтому всегда в одном фильтре будут действовать полезный сигнал и по­ мехи, а в другом — только помехи.

Выходные нагрузки диодов (выпрямителей) Д 0 и Д„ частотного детектора соединены последовательно таким образом, что выпрям­ ленные напряжения их действуют навстречу. При таком включении детекторов, называемом дифференциальным, на выходное устройство приемника действуют два напряжения противоположных знаков: одно определяется суммой напряжений полезного сигнала п поме­ хой, другое обусловлено действием только помехи. Для правильной регистрации переданного знака необходимо, чтобы напряжение по­ мехи и сигнала в одном фильтре было больше напряжения помехи в другом; при этом важно не абсолютное значение, а соотношение этих двух напряжений. В большинстве случаев сумма полезного сиг­ нала и помехи оказывается больше и действует сильнее, чем только одна помеха, вследствие чего получается значительный выигрыш в помехозащищенности.

В худшем случае, когда помеха и полезный сигнал имеют про­ тивоположные фазы п помеха вычитается из сигнала, для правиль­

хи на выходе фильтра Ф 0- Частотная телеграфия эффективно уменьшает искажения при­

нятых сигналов при сильных помехах и замираниях. Теоретически н экспериментально установлено, что частотная телеграфия по сравнению с амплитудной дает энергетический выигрыш, эквивалент­

Особенности относительной фазовой телеграфии. При относи­ тельной фазовой телеграфии (ОФТ) полярность каждой принимае­ мой посылки выявляется в сравнении с предыдущей посылкой (рнс. 2,6). Передача посылок, как при частотной телеграфии, про­ исходит с активной паузой, что облегчает восстановление формы сигналов при искажении их помехами.

Полоса пропускания в передатчике и приемнике при ОФТ при равной скорости телеграфирования в два раза меньше по сравне­ нию с ЧТ. Действие помех при относительной фазовой телеграфии проявляется слабее, чем при частотной. В условиях радиосвязи с ма­ лыми замираниями сигналов ОФТ по сравнению с ЧТ обеспечивает энергетический выигрыш, равноценный увеличению мощности пере­ датчика приблизительно в два раза. При сильных замираниях сиг­ нала, свойственных линиям дальней коротковолновой радиосвязи, ЭФТ сравнительно с ЧТ обеспечивает еще более помехоустойчивый прием п достигаемый за счет этого энергетический выигрыш равно­ ценен увеличению мощности передатчика приблизительно в четыре раза [28]. Высокая помехоустойчивость ОФТ при замираниях сигна­ лов объясняется тем, что запаздывающие лучи имеют различные значения фазы и нх отрицательное действие в приемнике ослабляет­ ся за счет фазового детектирования. Запаздывающие лучи создают помехи, если их фаза близка или противоположна фазе колебаний предыдущей посылки (опорного сигнала).

24

При ОФТ на одной частоте можно получить двух- и трехканальрую передачу, что увеличивает пропускную способность линии по сравнению с частотной телеграфией.

Благодаря указанным особенностям относительное фазовое те­ леграфирование находит применение а коротковолновой радиосвязи и в системах многоканального телеграфирования по линиям провод­

Рп

чпка пли снижением мощности помехи на входе приемного устрой­ ства. Пределы непосредственного увеличения мощности передатчика радиолинии практически ограничены: с ростом мощности резко воз­ растают сложность и стоимость его, а также помехи другим сосед­ ним по частоте радиостанциям. Снижение мощности помех на входе приемника технически проще и выгоднее достигается сужением его полосы пропускания. Сужение полосы пропускания приемника рав­ ноценно пропорциональному увеличению мощности передатчика кор­ респондента. Поэтому помехоустойчивость радиоприема в первую очередь зависит от ширины полосы пропускания приемника.

Для буквопечатающей радиосвязи на коротких волнах в послед­ ние 20—30 лет применяются узкополосные линии, в которых всемер­ но сокращаются до предельных возможностей полоса частот излучае­ мого передатчиком сигнала и соответственно полоса пропускания приемника. В них полоса излучаемого передатчиком сигнала близка к спектру частот передаваемого сообщения.

Полоса пропускания приемника определяется по усилителю про­ межуточной частоты. При беспоисковой и бесподстроечной связи по­ лоса должна быть такой, чтобы передаваемый сигнал всегда попадал в ее пределы. При этом сама полоса пропускания приемника не остается неподвижной на шкале частот, а перемещается в ту или иную сторону вследствие нестабильности частоты гетеродина [3, 19,

пенью точности. Вторая составляющая 2 Д/пор учитывает удвоенную нестабильность частоты передатчика — удвоенную абсолютную ве­ личину отклонения частоты передатчика в ту или иную сторону от номинала в рабочих условиях. Третья составляющая 2Д/ПР аналогич­ но учитывает реальную нестабильность частоты приемника (рпс. 4, а, б). Для частотной телеграфии при сравнительно неболь­ шом разносе частот манипуляции величина БС= Д /+(6 ч -10) F M. Зна­ чения Д/пср п Д/пр зависят от способа стабилизации частоты пере­ датчика и приемника.

От нестабильности частоты передатчика и приемника решающим образом зависит сдвиг частоты манипуляции Д/ и ширина полосы пропускания приемника. Слишком большое расширение полосы про­ пускания приемника при беспоисковой связи по условиям ста­ бильности частоты резко ухудшает его помехоустойчивость и край­ не нежелательно.

25

частоты передатчика (или гетеродина) приемник необходимо пе­ риодически подстраивать вслед за частотой передатчика корреспон­ дента. Такой приемник имеет более высокую помехоустойчивость за счет узкой полосы пропускания, но требует постоянного наблюдения в эксплуатации.

Сужение полосы пропускания приемника при беспоисковой связи достигается прежде всего за счет улучшения стабильности частоты радиолинии в целом, слагающейся из стабильности частоты передат­ чика и приемника. Этим объясняется исключительно большое внима­ ние вопросам стабилизации частоты в современных передающих и приемных устройствах.

Разнесенные прием и передача. Эффективным средством повыше­ ния устойчивости буквопечатающей радиосвязи в условиях сильных замираний сигналов являются разнесенные прием и передача.

Разнесенный прием возможен с разнесением в пространстве, по поляризации, по частоте и по времени^

Пространственно разнесенный (сдвоенный) прием осуществляет­ ся на два приемных устройства, антенны которых разнесены на ме­ стности на расстояние, соответствующее 5—10 длинам рабочей вол­ ны (примерно до 300—400 м одна от другой). Замирания принимае­ мого сигнала в разнесенных антеннах происходят не одновременно. Если в одном приемном устройстве сигнал замирает, то в другом он в большинстве случаев оказывается достаточным для нормального приема. Принятые сигналы с обоих приемников складываются или поступают в устройство, автоматически выбирающее из двух сигна­ лов более сильный. Пространственно разнесенный прием требует двойного комплекта приемных устройств и значительной территории для размещения антенн. При особенно сильных замираниях сигна­ лов на линиях магистральной радиосвязи применяют строенный прием на три территориально разнесенные антенны. Устойчивость его выше сдвоенного приема.

Сдвоенный прием с разнесением по поляризации осуществляется также на два приемных устройства, но антенны последних установ­ лены в одном месте (на одних опорах) и имеют разную поляриза­ цию [28]. Одна из антенн горизонтальная и имеет горизонтальную поляризацию (электрические силовые линии электромагнитного поля, излучаемого и принимаемого антенной, направлены горизонтально); другая антенна вертикальная и поляризация ее вертикальная (элек­ трические силовые линии электромагнитного поля расположены вер­ тикально) .

Электрическое поле Е приходящей в точку приема электромаг­ нитной волны не имеет постоянного направления. Угол наклона его относительно поверхности земли хаотически изменяется. Действую­ щее в любой момент времени электрическое поле представляет гео­ метрическую сумму двух взаимно перпендикулярных наклонных со­ ставляющих или одной горизонтальной, а другой вертикальной. За­ мирания этих составляющих происходят не одновременно. Каждая из антенн принимает только одну нз двух взаимно перпендикуляр­ ных составляющих электрического поля; когда в одной нз них сигнал замирает, в другой в большинстве случаев сигнал н.Меет достаточный для приема уровень. Этот способ приема не уступает по эффектив­ ности пространственно разнесенному приему, по значительно эконо­ мит территорию для антенных полей.

27

При разнесении по частоте применяется одновременная передача одних и тех же телеграфных сигналов по двум радиоканалам на различных частотах [20, 68]. В линиях многоканальной телеграфии для этого используются каналы на разных подпесущпх частотах. Ве­ роятность одновременного замирания этих сигналов оказывается ма­ лой даже при небольшой разности поднесущих частот — порядка со­ тен герц. В приемном устройстве сигналы двух каналов складыва­ ются или из них автоматически выбирается более сильный. Повы­ шение устойчивости связи при этом достигается ценой сокращения количества каналов или расширения полосы частот, занятой для пе­ редачи одного сообщения. В многоканальных линиях связи этот ме­ тод оправдывается по техническим и экономическим соображениям.

Разнесенная по частоте передача одного сообщения может осу­ ществляться одновременно и через два радиопередатчика на раз­ ных (или общей) рабочих частотах. Сдвоенный прием этих сигналов ведется на два приемных устройства с разнесенными антеннами. Из­ лучаемые передатчиком сигналы имеют разный характер замираний: в первом случае вследствие различия рабочих частот, во втором случае потому, что излучение их происходит из разных точек про­ странства за счет территориального разноса передающих антенн. Такой способ передачи эффективно ослабляет действие помех, но ухудшает использование диапазона радиочастот. В условиях пере­ грузки диапазона коротких волн его нужно применять лишь при крайней необходимости,' когда другие средства повышения устой­ чивости связи не дают желаемых результатов.

При разнесении по времени каждая телеграфная посылка мно­ гократно последовательно передается с некоторым интервалом вре­ мени. Вероятность одновременного, замирания таких сигналов в точ­ ке приема мала. Этот метод чаще всего применяется в виде повторе­ ния передаваемого сообщения, накопления п сравнения принятых вариантов. Но в этом случае повышение устойчивости связи сопря­ жено с уменьшением скорости телеграфирования.

Перечисленные способы разнесенных приема н передачи повы­ шают общую помехоустойчивость радиосвязи, увеличивая отношение полезного сигнала к уровню помех па входе приемника.

Помехоустойчивое кодирование. При передаче простым телеграф­ ным пятиэлементным кодом помехоустойчивость связи зависит исклю­ чительно от качества канала связи. В этом коде для передачи сооб­ щения используются все кодовые комбинации, каждая из них для определенного алфавитного знака. Ошибочный прием хотя-бы одной посылки в кодовой комбинации влечет замену переданного знака другим — искажение. Получаемая при этом достоверность связи в ряде случаев оказывается недостаточной. Значительное повышение ее может быть достигнуто путем использования помехоустойчивых кодов, обладающих избыточностью и исправляющих ошибки [9, 37].

Сущность помехоустойчивых исправляющих кодов состоит в том, что к кодовой комбинации телеграфного знака простого кода добавляются дополнительные посылки, в той или иной мере увеличи­ вающие избыточность, но позволяющие обнаружить в принимаемом сигнале искажения. На передаче комбинации стандартного пятиэле­ ментного кода перекодируются в комбинации из большего числа им­ пульсов; на приеме осуществляется обратное перекодирование сиг­ нала в первоначальный пятиэлементный код.

28