Технические характеристики канала радиосвязи

На качество канала радиосвязи влияет большое число различных дестабилизирующих факторов. К этим факторам следует отнести влияние среди распространения радиоволн, воздействия окружавшей среды на параметры технических средств канала связи и т.д. Различные дестабилизирующие факторы по-разному влияют на качество канала связи, причем степень влияния во многом зависит от конкретных образцов используемой оконечной аппаратуры. Это приводит к тому, что если для око­нечной аппаратуры одного типа канал можно считать приемлемым, то для оконечной аппаратуры другого типа он может оказаться непригодным.

По этой причине для различных каналов связи в зависимо­сти от типа оконечной аппаратуры, которая с ним сопрягается, должны быть установлены свои нормы на технические характери­стики канала. Иными словами, канал связи должен создаваться под конкретный образец оконечной аппаратуры. При использовании различной оконечной аппаратуры потребуется большое число ка­налов связи с различными параметрами, что является экономи­чески нецелесообразно.

Поэтому технические характеристики канала связи должны быть такими, чтобы канал сопрягался по возможности с большим числом типов аппаратуры, т.е. нормы на технические характери­стики канала должны быть обобщенными для некоторой группы оконечной аппаратуры. Это, с одной стороны, погашает требова­ния к такому унифицированному каналу, а с другой - делает его более универсальным и облегчает эксплуатацию.

Для целого ряда оконечной аппаратуры, работающей по нормализованному телефонному каналу, приходится учитывать технические характеристики канала связи:

- эффективно пропускаемую полосу частот;

- неравномерность амплитудно-частотной характеристики;

- линейные искажения в канале;

- нелинейность амплитудной характеристики;

- нелинейные искажения в канале;

- нелинейность фазовой характеристики или неравномер­ность характеристики группового времени запаздывания;

- паразитную частотную и фазовую модуляцию;

- отношение сигнал/шум на выходе канала;

- расхождение несущих частот (асинхронизм) частот;

- допустимое изменение уровня сигнала на входе и выходе оконечной аппаратуры;

- согласование входных и выходных цепей по сопротивле­нию.

Для телеграфных каналов радиосвязи наряду с рассмотрен­ными выше параметрами канала характерными являются и такие параметры, как:

- допустимая скорость телеграфирования в канале;

- допустимые краевые искажения импульсов;

- допустимое время кратковременных перерывов и др.

Нормы на технические характеристики телеграфных каналов, так как и для телефонных каналов, обычно обобщается для некоторой группы оконечной аппаратуры.

Рассмотрим технические характеристики телефонного канала радиосвязи. При этом будем иметь в виду унифицированный ка­нал, пригодный для использования многими типами оконечной аппаратуры.

Эффективно пропускаемая полоса частот. По телефонным ка­налам связи могут передаваться сигналы различного вида: непрерывные сигналы при передаче речевых сообщений, дискрет­ные сигналы с частотной или фазовой манипуляцией при переда­че телеграфных сообщений или данных от ЭВМ, фототелеграфные сигналы и т.д.

Телефонный канал является в какой-то мере универсальным каналом. Поскольку сигналы, передаваемые по телефонному кана­лу, представляют собой сложнее непериодические колебания, то их спектры, вообще говоря, занимают бесконечно широкую полосу частот. Однако, для эффективной передачи сигналов достаточно ограничиться определенной полосой частот, в пределах которой сосредоточена основная доля энергии сигналов. Возникает воп­рос о рациональном ограничении полосы частот телефонного ка­нала. При решении этой задачи исходят из следующего.

Экспериментально установлено, что хорошая разборчивость речи и ее достаточная натуральность воспроизведения обеспечи­вается, если спектр сигнала ограничивается полосой частот примерно от 200 до 3000…4000 Гц.

Для каналов высококачественного радиовещания полоса ча­стот расширена и ограничена участком от 30 Гц до 15000 Гц, а для массового радиовещания - от 100 до 6000 Гц.

Для телефонной связи используется более узкая полоса частот. В соответствии с рекомендациями МККТТ установлено значение полосы частот телефонного канала от 300 до 3400 Гц, а в некоторых случаях допустима полоса частот от 300 до 2100 Гц. При таком ограничении полосы частот, разборчивость речи остается достаточно высокой.

Если по телефонным каналам передаются дискретные теле­графные сигналы, то они предварительно преобразуется в тональ­ные посылки. В этом случае минимально допустимая длительность телеграфных посылок определяется из выражения

 

,

где - верхняя частота полоса пропускания.

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики канала выражается в том, что на выходе канала связи соотношение амплитуд составляющих спектр передаваемого сигнала отлично от того, такое было на его входе. Это приводит к изменению формы сигнала, т.е. к его искажению.

Искажения, обусловленные неравномерностью амплитудно-частотной характеристики канала, называется линейными. На практике такого вида искажения будут иметь место всегда. Поэтому обычно устанавливаются определенные нормы на неравно­мерность амплитудно-частотной характеристикой канала.

Рис. 2.2

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики ка­нала формируются допустимыми отклонениями остаточного затухания. в пределах отдельных участков эффективно пере­даваемой полосы частот по отношению к его величине на ча­стоте 800 Гц.

На рис. 2.2 неравномерности амплитудно-частотной харак­теристики ограничена снизу и сверху линиями со штриховкой. Если амплитудно-частотная характеристика канала (штриховая линия) не выходит за пределы ограничивавших линий, то канал требованиям удовлетворяет.

Нелине йность а мплитудной харак теристи ки и нелинейные искаж е ния в канале. Амплитудной характеристикой канала назы­вается зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды сигнала на его входе. Типичный характер этой зависимости показан на рис. 2.3.

 

Рис. 2.3.

Из рисунка видно, что, если величина входного напряжения не превышает , то сохраняется линейная зависимость между входным и выходным напряжением, т.е.

где - коэффициент передачи канала.

При дальнейшем увеличении входного напряжения эта ли­нейная зависимость нарушается, что приводит к появлению нелинейных искажений. Нелинейные искажения характеризуется тем, что в спектре выходного сигнала появляются новые высшие гармоники и комбинационные составляющие, которых не было во входном сигнале.

Нелинейные искажения оцениваются коэффициентом искажений , который для гармонического входного сигнала определяется как

,

где - амплитуда основного сигнала,

- амплитуды гармоник.

Для неуплотняемых телефонных радиоканалов коэффициент нелинейных искажений допускается до 10…15%.

Для уплотняемых телефонных радиоканалов коэффициент нелинейных искажений не должен превышать 1…2%, появление новых составляющих в спектре сигнала приводит к недопу­стимо большим взаимным помехам между отдельными каналами.

Нелинейность фазовой характеристики или неравномерностьхарактеристики группового времени запаздывания. Фазовой ха­рактеристикой канала называется зависимость его фазовой меры b от частоты f т.е.

.

Если фазовая характеристика линейна, так что , где - средняя частота в элективной полосе пропуска­ния канала, - текущая частота, а - коэффициент пропорциональности, то групповое время запаздывая будет равно

и одинаково для всех составляющих сигнала. При этом сигнал будет передаваться без искажений, но со сдвигом по времени (запаздыванием).

Если фазовая характеристика канала нелинейна, то время распространений разных частотных составляющих будет различ­ным. Это в конечном счете приводит к искажению формы сигнала. Нa рис. 2.4 показан примерный вид фазовой характеристики ка­нала и соответствующей ей характеристики неравномерности группового времени распространения (запаздывания).

 

Рис. 2.4

Видно, что фазовая характеристика линейна лишь в средней части полосы пропускания, а на краях заметно отклоняется от линейной. Эта нелинейность, и приводит к значительному увели­чению группового времени распространения по мере приближе­ния к границам эффективно передаваемой полосы частот.

Фазовые искажения будут сказываться на качестве пере­дачи речи только тогда, когда неравномерность группового времени вызывает заметное смещение во времени отдельных компонентов звуков. По нормам МККТТ групповое время замедле­ния в телефонном канале должно быть

;

.

При передаче по телефонному каналу дискретных сигналов (с тональной манипуляцией) допустимая неравномерность груп­пового времени

,

где - групповое время на любой из частот в полосе канала;

- минимальное значение группового вре­мени в этой полосе.

Паразитная частотная модуля ция. Аппаратура, входящая в состав канала радиосвязи, представляет собой сложные технические комплексы. При формировании сигналов из-за воздействия различных дестабилизирующих факторов возникает паразитная частотная модуляция, приводящая к искажениям по­лезного сигнала на выходе радиопередающего устройства.

В авиационных бортовых и наземных радиостанциях пара­зитная частотная модуляция может возникать под действием тряски и вибрации, а также от работающих двигателей и гене­раторов.

Поэтому этот параметр для средств радиосвязи нормирует­ся. В тактико-технических данных на оконечную аппаратуру обязательно указываются допустимые величины паразитной частотной модуляции в каналообразующей аппаратуре.

Асинхронизм несущих частот. Современные телефонные ка­налы радиосвязи являются, как правило, однополосными без пе­редачи несущих частот. Несущая частота в таких каналах восстанавливается на приемной стороне.

При таком методе работы вследствие нестабильности ча­стоты передатчика и гетеродина приемника, а также вследст­вие эффекта Доплера при связи с самолетами, возникает сдвиг частот сигнала, передаваемого по каналу.

Если расхождение несущих частот составляет , то все составляющие спектра передаваемого сигнала будут сдвинуты в ту или другую сторону также на . Это приведет к специфическим искажениям речевого сигнала за счет того что изменяется частота основного тона и его гармоник. Иска­жения сигналов оказываются терпимыми при расхождениях частот, не превышающих 25...30 Гц.

В случае вторичного уплотнения однополосного телефонно­го канала аппаратурой тонального телеграфирования или при передаче данных требования к расхождению частот более жесткие, и расхождение частот должно составлять не более 2…3 Гц.

Удовлетворение этим требованиям в современных каналах авиационной радиосвязи достигается за счет применения высокостабильных возбудителей-синтезаторов в передатчиках и ге­теродинов в приемниках, а также за счет применения систем АПЧ по пилот-сигналу в приемных устройствах.

Допустимое изменение уровня с игнала на входе и в ыхо де оконечной аппарату ры. Для каждого типа оконечной аппаратуры устанавливается оптимальная величина входных и выходных уров­ней сигнала. Превышение указанных уровней приводит к пере­грузкам усилителей, ограничению сигнала и в итоге к увеличе­нию нелинейных искажений в канале или в оконечной аппаратуре. Это, в свою очередь, приводит или к ухудшению разборчивости, или к увеличению телеграфных искажений в телеграфных каналах, или даже к нарушению связи.

Снижение входного уровня может привести к уменьшению отношения сигнал/помех на выходе канала, к ухудшению качест­ва канала или вообще к нарушению связи. Следовательно, воп­росам согласования каналообразующей и оконечной аппаратуры по уровням всегда необходимо уделять должное внимание.

Согласование входных и выходных цепей по сопротивлению. Номинальное значение входных и выходных сопротивлений аппа­ратуры связи стандартизировано и в большинстве типов аппарату­ры равно 600 Ом. Несогласованное подключение оконечных уст­ройств к радиоаппаратуре приводит к изменению уровней сигна­лов, искажению формы амплитудно-частотной характеристики, часто нарушает нормальную работу отдельных элементов радио­канала.

Поэтому отклонение входных и выходных сопротивлений нормируется и в большинстве случаев не должно превышать 10%.

Соотношение сигна л/ шум на выходе ка нал а связи оказывает большое влияние на качество канала связи. Чем выше требуе­мая достоверность связи, тем больше должно быть это отношение. Для каждого типа оконечной аппаратуры задаются предельно, до­пустимые величины соотношения сигнал/помех на ее входе, ниже которых не гарантируется ее нормальная работа.

Рассмотренные технические характеристики определяют качество канала радиосвязи в целом. Кроме них существуют характеристики, которые также относятся к группе технических характеристик канала радиосвязи, но они в первую очередь являются параметрами отдельных устройств канала радиосвязи.

К таким характеристикам относятся:

- средняя и пиковая мощности на выходе передатчика;

- чувствительность приемного устройства;

- избирательность приемного устройства;

- полоса пропускания приемного устройства;

- тип и параметры антенных устройств;

- вид модуляции и т.д.

В целях обеспечения унификации телефонного канала радио­связи, возможности сопряжения с каналами электропроводкой, радиорелейной, тропосферной связи и т.д. устанавливаются нормы на его технические характеристики. Эти нормы, как пра­вило, являются обобщенными для некоторой группы оконечной аппаратуры.