Васин В.И. Информационные технологии в радиотехнических системах. Под ред. И.Б.Федорова (2003) (1092038), страница 122
Текст из файла (страница 122)
620 9. 7. Синхронизация в системах передачи дискретной информации 9.7.2. Фазовая синхронизация модемов Система ФАПЧ (см. рис. 9.47, б) является основным звеном устройств синхронизации отсчетов времени. Она в том или ином виде входит в УФС и УТС демодулятора и служит для фильтрации синхроколебания. Работу ФАПЧ можно характеризовать режимами слежения и захвата. В режиме слежения частоты входного и опорного сигналов одинаковы.
С фазового детектора снимается напряжение, пропорциональное соз(цх), где 1р — разность фаз между входным и опорным сигналами. Этим напряжением управляется по частоте (фазе) УГ так, чтобы свести рассогласование к я/2. Включив фазовращатель на я!2, можно компенсировать постоянный фазовый сдвиг между входным и опорным сигналами. В установившемся режиме значение <р определяется параметрами ФАПЧ, начальной разностью частот между входным и опорным сигналами и уровнем шумов на входе. Если систему ФАПЧ рассматривать как четырехполюсник, в котором выходным сигналом являются колебания УГ, то по своим свойствам она подобна следящему полосовому фильтру.
Характеризовать работу такого следящего фильтра можно следующими параметрами: — ихумовой полосой г (полосой пропускания); — полосой удержания г'„(максимальным изменением частоты входного колебания, при котором ФАПЧ, находясь в режиме слежения, сохраняет работоспособность); — полосой захвата Г, (максимальной расстройкой между частотой входного колебания и частотой управляемого генератора, при которой после включения ФАПЧ начинает следить за фазой входного колебания, входит в синхронизм); — временем ввода в синхронизм Т , которое характеризует продолжительность переходного процесса от момента включения сигнала на входе до момента установления равенства частот входного сигнала и сигнала управляемого генератора.
Анализ работы системы ФАПЧ, особенно в режиме захвата и при воздействии помех, представляет сложную математическую задачу. Сломсность ее решения определяется тем, что поведение ФАПЧ описывается нелинейным дифференциальным уравнением. Обозначим частоты входного и опорного сигналов соответственно чеРез ша м ла,„(1) и 1ва + ла„„(1), где сво— центральная частота, а Лса,„(1) и Лса„„(1) — изменение ее во времени для входного и опорного сигналов.
Тогда разность частот входного сигнала и опорного можно записать в виде Лсв(1) Ла (1) Л1ах (1). Рассматривая Лса,„(1) как входное воздействие на систему, а Ьо(1) = = дхр(1)!д1 как реакцию системы, можно записать дифференциальное уравнение, описывающее ее поведение: 621 9. Радиотехнические системы передачи информации Рис. 9.49. Характеристика фазового детектора Рис. 9.50. Линеаризованная мо- дель системы ФАПЧ дср!дс + ийР(ср)К(р) = Асс,„(С), где ср — текущая разность фаз между сигналами управляемого генератора и входным; и — напряжение входного сигнала; Г(ср) — нормированная характеристика фазового детектора; К(р) — коэффициент передачи фильтра в операторной форме; й — коэффициент передачи управляемого генератора, характеризующий приращение частоты управляемого генератора при подаче на его вход постоянного напряжения один вольт. Характеристика фазового детектора г(ср) нелинейна, периодична и определяется формой опорного и входного сигналов.
Если аппроксимировать с(ср) полигональной кривой (рис. 9.49), то Г(ср) = -(2!я) ср, — я/2 «р < я!2. При малых внешних воздействиях, когда частоты входного и опорного сигналов совпадают, а фазовое рассогласование не превышает я!2, систему ФАПЧ можно заменить эквивалентной линеаризованной моделью (рис. 9.50). Управляемый генератор, для которого частотный сдвиг выходного сигнала пропорционален входному сигналу, а фазовый — интегралу от него, выполняет роль интегрирующего звена с коэффициентом передачи в операторной форме ий/р.
Передаточная функция замкнутой линеаризованной системы ФАПЧ Н(р) связана с передаточной функцией фильтра системы К(р) в операторной форме соотношением срп(р) 2ийК(р)сся ср,„(р) (2сся)ийК(р) + р где ср „(р) и ср,„(р) — запись сигналов ср„,(с) и ср,„(с) в операторной фоРме. Анализ этого выражения позволяет сделать вывод, что передаточная функция Н(р) определяется как внутренними параметрами ФАПЧ (й, К(р)), так и внешними (и). Зависимость Н(р) от и нежелательна, и для ее устра- 622 9.7.
Синхрониэаиия в системах передачи дискретной информаяии пения или ослабления применяют автоматическую регулировку усиления (АРУ). В дальнейшем будем полагать и = 1. Выбор оптимальной формы передаточной характеристики К(р) и коэффициента й является основной задачей при проектировании ФАПЧ.
Для определения К(р) достаточно задать Н(р) и затем через нее выразить К(р): р Н(р) (2/л) й (1 — Н(р)) Рис. 9.51. Электрическая схема пропорционального интегрирую- Поскольку ФАПЧ в УС выполняет роль поло- щего устройства сового фильтра с частотной характеристикой Н(/в), то важнейшим показателем качества ее работы является иеумовая полоса К = — (~Н(1'сэ)~' сйх 1 2лю Выбрав соответствующим образом К(р) и й, можно получить требуемое значение шумовой полосы. Однако при этом необходимо помнить, что фильтр, реализующий характеристику Н(р), должен быть устойчивым.
Стремление сузить шумовую полосу приводит к уменьшению полосы захвата. Доказано, что полоса захвата в системе ФАПЧ с любым ФНЧ не может быть больше шумовой полосы. Уменьшение шумовой полосы влечет за собой также увеличение времени ввода в синхронизм Т . Для ФАПЧ без ФНЧ шумовая полоса, полоса захвата и полоса удержания равны между собой: 1 " (21е/л) й 2л (2(2(л)~+ю' 2л Использовав пропорционально интегрирующий фильтр (рис. 9.51), у которого й л+2й Т~/Тз 2л я+2й Т, 623 где Т, = АзС, Тз = (А~ + А2)С„можно получить достаточно узкую шумовую полосу, если соответствующим образом выбрать параметры Аи Аъ С.
Время ввода в синхронизм в этом случае Т = 3,5Л/ з/Р', где Л~' — расстройка между частотой опорного и управляемого генераторов. Противоречие между улучшением фильтрующих свойств ФАПЧ и уменьшением полосы захвата может быть разрешено, если применить до- 9. Радиотехнические системы передачи информации полнительные поисковые процедуры или изменить параметры ФНЧ (адаптация) на этапе ввода в синхронизм.
В первом случае на вход УГ следует подать пилообразное напряжение, которое изменяет его частоту. В определенный момент разность частот входного и опорного сигналов оказывается такой, что происходит захват и система входит в синхронизм. Амплитуда пилообразного напряжения должна обеспечивать перестройку генератора в требуемом диапазоне частот, а его период должен быть достаточен для завершения переходных процессов в системе ФАПЧ.
При этом методе можно время поиска Т„, ориентировочно оценить по формуле Тые « -кЛ/7К~. Поисковая процедура ввода в синхронизм особенно эффективна, когда ф'л К . Добиться уменьшения Т,„можно также изменением параметров ФАПЧ й и К(р). На этапе ввода в синхронизм можно расширить полосу пропускания ФАПЧ или увеличить коэффициент передачи й. После того как поиск будет завершен, эти параметры должны обеспечивать нужное качество слежения. Выбор оптимального режима требует моделирования системы ФАПЧ.
Системы передачи дискретной информации, в приемном тракте которых для демодуляции сигнала используется когерентное опорное колебание на несущей частоте, получили название когерентиых. В качестве демодуляторов в них применяется согласованный фильтр или коррелятор, а основной вид модуляции — фазовый. Опорное напряжение несущей частоты формируется в устройстве фазовой синхронизации (УФС), реализуемом, как правило, на базе ФАПЧ. Спектр сигнала Аез1п (озег + (х) у + д(с)) при равновероятной передаче символов х, и ц~ = 2х!т не содержит дискретной составляющей на частоте езе Один из способов ее восстановления основан на том, что в спектре передаваемого радиосигнала остается составляющая достаточной мощности на частоте несущей.
Для этого девиацию делают равной (2к — ф(т. Другой способ предусматривает использование сигнала с полностью подавленной несущей. Чтобы при этом восстановить несущую, сигнал подвергают нелинейным преобразованиям. Рассмотрим способы ФС и оценим их целесообразность в тех или иных конкретных ситуациях. Спектр сигнала с неполностью подавленной несущей состоит из дискретной и непрерывной составляющих, т. е. смешанный. Для двоичной ФМ сигнала дискретная составляющая на частоте ше равна А ссоз <р/2.
Непре- 2 е рывная часть спектра связана со случайным чередованием нулей и единиц в сообщении н имеет вид з Ч '" ((' о)Т(~) (.2) ((го-оз,)Т,/2) 624 9. 7, Синхронизация в системах передачи дискретной информации Для двоичной ФМ с произвольной девиацией фазы цг при идеальном канале синхронизации вероятность ошибки Р =! — Ф(чео- „)), (9.29) где гг = — ) з,(1)зг(1)с11 = соя(г12) — коэффициент взаимной корреляции Е, о сигналов з1(1) и зг(1).
Из (9.29) следует, что вероятность ошибки оказывается минимальной при цг = я. Однако в этом случае в спектре сигнала будет отсутствовать дискретная составляющая на частоте его. Соотношение между мощностью дискретной составляющей и мощностью непрерывной составляющей зависит от девиации фазы гр. Изменяя значение цг, можно добиться оптимального режима работы системы передачи в целом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
