ГЛАВА 3. МОДЕМЫ

3.1. СТРУКТУРА МОДЕМА

Модемы являются важнейшим элементом тракта передачи в ЦССС, так как от качества их работы зависят помехоустойчивость приема информации, занимаемая полоса частот, уровень помех в соседних каналах, время вхождения в синхронизм и т. д. Все эти факторы влияют на пропускную способность ЦССС, и оптимизация структурной схемы модема и его характеристик позволяет свести к минимуму потери пропускной способности.

В состав модема входит модулятор и демодулятор. На вход модулятора (рис. 3.1) поступает подлежащая передаче информационная последовательность двоичных символов. Если сопровождающая информацию тактовая последовательность

Рис. 3.1. Структурная схема модема

на вход модулятора не подается, то сигналы тактовой синхронизации выделяют из информационной последовательности системой тактовой синхронизации СТС. В модуляторе М гармоническое колебание от генератора несущей Г модулируется выбранным методом модуляции. При использовании сигналов ФМ и АФМ применяют относительные методы передачи, для чего в состав модулятора включен относительный кодер ОК. Сигналы на выходе модулятора получают, как правило, на низкой несущей частоте. В выходном устройстве модулятора ВУ производятся необходимые преобразования сигнала по частоте, смешивание с сигналами других каналов и усиление перед подачей на каскады передатчика Пер. На приемной стороне в приемном устройстве Пр происходят усиление сигналов, получаемых из антенны, перенос спектра и подавление соседних по частоте сигналов. Демодулятор обычно подключен к выходу главного тракта усиления сигналов по ПЧ. Приемное устройство является, как правило, универсальным, пригодным для использования в системах с различными видами модуляции.

В демодуляторе осуществляется обработка принимаемых сигналов. В ЦССС с их напряженной энергетикой применяют в основном методы когерентного детектирования. Так как в спектре используемых в ЦССС сигналов не содержится остатка несущей, то опорное колебание, необходимое для когерентного приема сигналов, выделяется из информационного сигнала в системе выделения несущей (СВН). Когерентное детектирование происходит в детекторе Д. Обработка сигналов в соответствии с принятым алгоритмом производится как до детектирования (в устройстве додетекторной обработки ДДО), так и после (в устройстве последетекторной обработки ПДО) Типичными устройствами додетекторной обработки являются полосовые фильтры. Для реализации последетекторной обработки используют интеграторы и фильтры НЧ. Границы посылок сигналов в демодуляторе выделяют также с использованием СТС. В решающем устройстве РУ выносится решение о посылаемых сигналах по результатам обработки и детектирования. Относительный декодер (ОД) производит преобразование относительно закодированной последовательности в последовательность в абсолютном коде, которая поступает к получателю.

В состав демодулятора также включают устройства индикации (И), необходимые для текущего эксплуатационного контроля за его работой. Сюда входят осциллографические устройства для наблюдения формы сигнала, индикаторы частоты настройки, уровней сигнала и захвата систем синхронизации, а также другие устройства.

Общие принципы формирования и приема дискретных сигналов даны в § 2.1. В настоящем параграфе основное внимание уделено модемам сигналов ФМ 4, так как они находят наибольшее применение в ЦССС. Кроме того, принципы построения модемов ФМ 4 распространяются с небольшими изменениями на модемы более сложных сигналов СФМ, ФМ-8, ФМ-16, АФМ 16 и др.

В аппаратуре ЦССС нашли применение два метода формирования сигналов ФМ 4: дискретный и на основе балансных перемножителей. Схема дискретного модулятора (рис. 3.2, а) содержит генератор Г, делитель частоты на 4, на выходе которого получаются импульсные последовательности со сдвигом фаз: Одна из них через комментатор К и поло совой фильтр Ф подается на выход в зависимости от значений двух соседних символов информационной последова тельности. Такую схему применяют в относительно низкоско ростных ЦССС (до 1 Мбит с), и на ее основе легко реализовать модулятор ФМ сигналов любой кратности, включая делитель частоты с коэффициентом деления, равным кратности манипу ляции.

Широко применяют схему модулятора ФМ 4 показанную на рис. 3.2. б. Ее часто называют схемой двукратной фазовой модуляции, поскольку она содержит два независимых канала и В, по которым передаются различные информационные последовательности символов методом ФМ-2. На модуляторы колебания несущей от генератора Г подают со сдвигом фазы на 90°, что обеспечивает взаимную ортогональность сигналов. Затем сигналы складывают. Их комбинация образует четыре возможных вектора с фазами 0, 90°, 180°, в соответствии с выражениями (2.5). На входы модуляторов поступают информационные последовательности в виде прямоугольных импульсов, имеющих широкий спектр. Для снижения уровня помех соседним по частоте каналам спектр результирующего сигнала ФМ 4 необходимо ограничить. Выбор параметров фильтров рассмотрен в § 2.5 и 2.6.

Неточная реализация элементов модулятора является источником ЭП Так, если в балансных модуляторах (рис. 3.2. б) операция перемножения неидеальна, то в спектре ФМ сигнала появляется остаток несущей, на передачу которого затрачивается мощность. Кроме того, этот остаток ухудшает помехо устойчивость приема, так как смещает постоянную составляющую ФД демодулятора. Неравенство уровней сигналов ФМ-2 на входах сумматора и неточная установка фазового сдвига нарушает ортогональность передаваемых сигналов, что также ухудшает помехоустойчивость приема. Для обеспечения модулятор должен удовлетворять

Рис. 3.2. Структурные схемы модуляторов сигналов ФМ-4: а — дискретный; двукратный

Рис. 3.3. Структурные схемы модулятора сигналов АФМ и ФМ-М

следующим требованиям [55]: подавление остатка несущей при меандровом модулирующем сигнале должно быть более неравенство уровней сигналов не более ортогональность каналов должна поддерживаться с точностью до

Так как любой двумерный сигнал равен сумме двух ортогональных проекций, схема модулятора таких сигналов может быть представлена в виде, показанном на рис. 3.3. При этом информационный поток символов разбивают на два потока: которые затем подразделяют на блоки по символов. Каждому из таких блоков на выходе ЦАП соответствует уровень модулирующего сигнала (проекция на одну из осей), который управляет работой балансного модулятора. Пример формирования сигналов ФМ-8 таким методом рассмотрен в § 2.1 (табл. 2.1).

Ансамбль АФМ-16 (см. рис. 2.4) может быть сформирован так же, при этом в каждом из плеч допускается применение модулятора ФМ-4. Схема устройства показана на рис. 3.4, а. Каждый из модуляторов управляется информационными последовательностями, разбитыми по два двоичных символа. Несущие от генератора Г поданы на модуляторы в одинаковой фазе. В сумматоре производится сложение сигналов ФМ-4, причем один из сигналов ослаблен в аттенюаторе на На рис. 3.4, б показана полная векторная диаграмма сигнала ФМ-4 с большим уровнем, а также результат сложения ослабленного на сигнала с одним из векторов. Все возможные

Рис. 3.4. К формированию сигналов АФМ-16: а — схема модулятора; в — векторные диаграммы сигналов

комбинации векторов двух каналов дают 16 сигнальных точек, показанных на рис. 3.4, в. При использовании смещенных методов ФМ, АФМ границы символов по квадратурным каналам должны отличаться на интервал как показано на рис. 2.1.

Один из широко используемых способов формирования сигналов ММС представлен на рис. 2.1, б. Сравнивая эту схему с рис. 3.2, видим, что для получения сигналов ММС с индексом. модулятор ФМ-4 необходимо дополнить перемножителями в информационных каналах, на управляющие входы которых поданы смещенные на 90° гармонические колебания Эти управляющие сигналы синхронны с колебаниями тактовой частоты Из сравнения схем модулятора и демодулятора следует (см. рис. 3.1), что вторая более сложная. Как показывает практика, характеристики демодулятора в значительной степени определяют параметры всего модема и, следовательно, линии ЦССС.

Основное влияние на помехоустойчивость приема сигналов оказывают фильтры, оптимальный выбор параметров которых подробно рассмотрен в § 2.5 и 2.6. Интегральный прием в современных модемах используется редко, так как полоса частот тракта ограничена значениями порядка когда его применение неэффективно [56]. Основная обработка (фильтрация), как правило, реализуется после детектора (по НЧ), что позволяет избежать влияния асимметрии АЧХ и ГВЗ фильтров (по ПЧ).

С учетом этого схемы когерентного приема для сигналов ФМ-4 и ММС остаются такими же, как это показано на рис. 2.7, где, однако, вместо интеграторов со сбросом используют фильтры НЧ. Другими основными элементами когерентного демодулятора, которые влияют на его помехоустойчивость и определяют время вхождения в синхронизм, являются системы ВН и ТС.