Манипуляция в цифровых РРЛ
Модуляция в цифровых РРЛ называют манипуляцией. В зависимости от числа уровней М манипулирующего сигнала различают двухуровневую (двоичную) и многоуровневую манипуляцию.
Для многих видов манипуляции, применяемых в цифровых РРЛ, предполагается использование манипулирующих сигналов, отличающихся по структуре от исходного передаваемого сигнала. Для формирования указанных манипулирующих сигналов применяется специальные кодирующие устройства - кодер модулятора.
При демодуляции осуществляется обратное преобразование, т.е. декодер. Перед декодером осуществляется регенерация посылок.
Обобщенная схема выглядит следующим образом рис.36.
Рис.36
В современных цифровых РРЛ применяются амплитудная, фазовая, частотная и комбинированная - амплитудно-фазовая манипуляция.
Амплитудная манипуляция АМ
В настоящее время применяется лишь двоичная АМ рис.37.
Рис.37
Особенностями является минимальная полоса частот ПАМ необходимая для передачи АМ радиосигнала, численно равная скорости передачи цифровой информации
ПАМ=1/Т=В,
где: В - частота следования двоичных импульсов.
Эффективность использования полосы частот характеризуется максимальной удельной скоростью передачи
SАМ=В/ПАМ=1.
Применяется некогерентное детектирование радиосигналов. Модемы можно строить без специального кодирования и декодирования.
Фазовая манипуляция
В современных цифровых РРЛ применяются двоичная, 4-уровневая и 8-уровневая ФМ.
При демодуляции фаза ФМ радиосигнала сравнивается с фазой восстановленного на приемном конце опорного колебания (несущей).
Из-за случайных искажений радиосигнала может иметь место неопределенность фазы восстановленной несущей, что является причиной так называемой обратной работы, при которой двоичные посылки принимаются за "негатив". Для устранения этого явления применяется разностное кодирование фазы передаваемых радиоимпульсов. Такую манипуляцию фазы называют фазоразностной или относительно фазовой манипуляцией ОФМ.
В цифровых РРЛ с ОФМ при передаче информации кодируется не сама фаза радиосигнала, а разность фаз (фазовый сдвиг) двух соседних радиоимпульсов.
Правило кодирования при ОФМ приведено на рис. 38.
Рис.38
| Здесь: |
переход |
1→1 |
- скачек фазы |
| |
|
1→0 |
- нет скачка фазы |
| |
|
0→0 |
- нет скачка фазы |
| |
|
0→1 |
- скачек фазы. |
При двоичной ОФМ длительность радиоимпульса τ=Т. В случае многоуровневой манипуляции (М>2) исходная последовательность двоичных элементов длительностью Т с помощью кодера модулятора преобразуется в совокупность двух (при М=4) или трех (при М=8) последовательностей двоичных элементов длительностью τ=2Т (при М=4) или τ=3Т (при М=8).
Комбинация двоичных элементов получаемых последовательностей используются при кодировании фазового сдвига при ОФМ.
Например. При 4-уровневом ОФМ, фазовый сдвиг кодируется следующим образом:
| Символ первой последовательности |
0 |
0 |
1 |
1 |
| Символ второй последовательности |
0 |
1 |
1 |
0 |
| Фазовый сдвиг |
0 |
π/2 |
π |
3π/2 |
Применяются два способа демодуляции ОФМ радиосигналов. В первом вначале восстанавливается несущая и когерентно детектируется ОФМ радиосигнала, затем разностно (диффференциально) декодируются принимаемые сигналы рис. 39.
Рис.39
Второй способ предполагает дифференциально-когерентное (автокорреляционное) детектрирование ОФМ радиосигнала, при котором в качестве опорного колебания используется предшествующий радиоимпульс. При этом операция детектирования и декодирования совмещены рис. 40.
Рис.40
Частотная манипуляция
Изменяющимся параметром является частота. В ЦРРЛ применяется 2-х, 3-х, 4-х и 8-ми уровневая ЧМ. Кодирование осуществляется как и при ФМ.
Амплитудно-фазовая манипуляция
Изменяющимся параметром является комплексная амплитуда радиосигнала. Применение многоуровневой АФМ позволяет обеспечить высокую эффективность использования полосы частот.
Формирование М-уровневого АФМ радиосигнала может быть реализовано путем М - уровневой балансной амплитудной манипуляции квадратурных колебаний одной частоты и сложение полученных АМ радиосигналов. По этой причине АФМ часто называют квадратурной амплитудной манипуляцией КАМ. Наиболее распространена 16-уровневая АФМ или КАМ-16.
Возможные варианты КАМ-16 при τ=4Т приведены на рис.41.
Из рис.41 видно число возможных значений амплитуды радиосигнала АФМ-16 равно 3, а фазы 12. АФМ позволяет максимально эффективно использовать полосу частот.
Рис.41
Оконечная аппаратура цифрового ствола
Скремблер-дескремблер. Кроме преобразования кода в оконечном оборудовании производится операция скремблирования-дискремблирования Скр-Декр. Скремблер Скр облегчает условия выделения тактовой частоты в демодуляторе, а также устраняет дискретные компоненты в спектре передаваемого сигнала, затрудняющие выполнение требований электромагнитной совместимости. В скремблере преобразуется статистическое распределение вероятности появления нулей и единиц в бинарном сигнале для придания передаваемому по тракту цифровому сигналу свойства случайной последовательности. Для этого осуществляется сложение по модулю 2 информационного сигнала и М-последовательности (псевдослучайной последовательности с периодом 2м).
При пропадании входного сигнала или при повышении коэффициента ошибок до 10-3 в оконечном цифровом оборудовании в направлении передачи передаются сигнал индикации аварийного состояния СИАС, содержащей одни единицы рис.42.
Рис.42
Модемы цифровых трактов
Модуляция обычно осуществляется по ПЧ.
Схема имеет вид (рис. 43) при ОФМ-2 и (рис. 44) при ОФМ-4.
В преобразователе кода модулятора КМ бинарный сигнал разбивается на две бинарные последовательности с удвоенной длительностью импульса, которые методом разностного кодирования преобразуются в двухуровневые последовательности. Полученные сигналы поступают через ФНЧ на ФМ, представляющие собой перемножители соответственно синфазного и квадратурного каналов. Опорные колебания, подаваемые с генератора на вторые входы этих перемножителей, сдвинуты друг относительно друга на 90° посредством фазовращателя ФВ. Каждый из перемножителей осуществляет линейную балансную АМ. Сигнал ОФМ-4 получается путем сложения модулированных сигналов синфазного и квадратурного каналов.
Рис.43
Рис.44
Сигнал КАМ-16 получают сложением двух сигналов ОФМ-4, один из которых в 2 раза больше другого по амплитуде. Структурная схема приведена на рис.45
Рис.45
Сигналы двух модулированных квадратурных составляющих ОФМ-4 складываются между собой, образуя многопозиционный сигнал с ОФМ и КАМ.
РРС с цифровыми методами передачи информации
В начале (в 60-х годах) использовались РРС построенные по схеме ИКМ-ВРК-ЧМ. Эта схема передачи по сравнению с ИКМ-ВРК-АМ давала ряд преимуществ. Однако в последнее время во второй ступени модуляции стал использоваться оптимальный метод передачи - относительно фазовая манипуляция (ОФМ) или ее еще называют фазо-разностная манипуляция (ФРМ). Этот метод обеспечивает по сравнению с ЧМ выигрыш по полосе более чем в 2 раза, а по помехоустойчивости 3 дБ.
Используя этот метод строят специализированные цифровые РРС (ЦРРС) с ИКМ-ВРК-ОФМ, они в ряде случая успешно конкурируют с системами ОБП-ЧРК-ЧМ.
Основным достоинством ЦРРС является возможность регенерации сигнала на каждой ПС, что позволяет практически полностью "очистится" от помех, пока не произойдет сбой символа ("грубая" аномальная ошибка). Но вероятность "сбоя" зависит от превышения уровня сигнала над пороговым. Практически ЦРРС нечувствительны к шумам, если сигнал превышает уровень шумов на 20-25 дБ.
Для ЦРРС выделен диапазон частот выше 10 ГГЦ. Суммарная полоса выделенная для ЦРРС составляет около 14 ГГц.
Основной проблемой освоения этого диапазона является большое затухание сигналов на трассе из-за влияния гидрометеоров (дождь, снег и т.д.).
Это приводит к необходимости сокращать интервалы и увеличивать количество ПС. Для ЦРРС это не является существенным, так как в отличии от аналоговых методов передачи, в цифровых за счет регенерации не происходит наполнения помех.
Для расчета ЦРРС пользуются данными по сравнительной характеристики основных методов модуляции. Эти данные приводятся при условии, что вероятность ошибки равна 10-6. По этим данным определяется минимально допустимая мощность сигнала на входе приемника Рпор.
Нормы МККР на устойчивость ЦРРС установлены и согласно ей - среднеминутная псофометрическая мощность шума может превышать 50000 пВт в течение не более 0,1% времени любого месяца.
Дальнейший расчет проводится как для аналоговых систем, т.е. определяют условие обеспечения требуемой устойчивости связи, когда мощность сигнала на входе приемника ЦРРС превышает Рпор в течение (1 - 0,1/пс)% времени любого месяца (пс - число интервала).
|
