2.1.4.Передача информации

Что такое модуляция ?

В чистом виде ток высокой частоты, подводимый к антенне, имеет форму обычного переменного тока. Электромагнитное поле, создаваемое этим током, не несет в себе никакой информации, кроме номинального значения излучаемой частоты. Эта частота называется несущей частотой f (carrier frequency). Назначение любого радиопередатчика - передача информации. Рассмотрим в упрощенном виде передачу речи как одного из видов информации.

Речь представляет собой звуковые колебания с частотой от 16 Гц до 16 кГц. Эти звуковые колебания преобразуются с помощью микрофона в ток низкой (звуковой) частоты. Микрофонный ток, электрически точно воспроизводящий звуковые волны, не может порождать электромагнитные волны, распространяющиеся на необходимое расстояние, так как имеет очень низкую частоту. Для передачи низкочастотных колебаний через пространство их нужно ввести в ток высокой частоты, который создается несущей частотой. Этот процесс называется модуляцией.

Типы модуляции

Как было сказано выше, несущая частота имеет форму переменного тока и поэтому характеризуется, как известно из школьного курса физики, такими параметрами как амплитуда, частота и фаза. В зависимости от того, на какой параметр осуществляется воздействие в процессе модуляции, различают амплитудную, частотную и фазовую модуляцию.

Амплитудная модуляция

Амплитудная модуляция сигнала несущей частоты достигается изменением мгновенной амплитуды пропорционально изменению амплитуды сигнала звуковой частоты. Данный тип модуляции применяется в морских радиотелефонных передатчиках, работающих в диапазоне промежуточных и коротких волн.

В результате модуляции амплитуды сигнала несущей частоты звуковой частотой на выходе модулятора образуется сложный сигнал, который состоит из несущей частоты и двух боковых полос частот, которые называются верхней и нижней боковой полосой. Ширина боковых полос определяется шириной спектра сигнала звуковой частоты. Для разборчивой передачи звукового сигнала достаточно подать на модулятор не весь его спектр (16 Гц - 16 кГц), а полосу от 350 Гц до 2700 Гц. Это делается для того, чтобы уменьшить полосу излучаемых передатчиком частот и разместить в выделенном для судовой радиосвязи диапазоне частот большее число каналов для одновременной независимой работы.

Несущая частота не несет в себе полезной информации, за исключением номинального значения частоты. Однако этот параметр содержится в справочниках береговых радиостанций (частота приема и частота передачи) или же заранее оговаривается в случае связи двух и более судовых радиостанций. Вывод: несущая частота может быть исключена из спектра излучаемого сигнала.

Рис. 2.7. Спектр излучаемого сигнала

Верхняя и нижняя боковые полосы несут одну и ту же информацию. На приемном конце достаточно иметь одну боковую полосу для преобразования и воспроизведения передаваемой информации. Таким образом, без ущерба для качества связи можно в два раза уменьшить ширину полосы излучаемых сигналов за счет исключения несущей и одной из боковых полос.

Таким образом, в судовой связи используется режим однополосной передачи с подавленной несущей (режим J3E). Допускается работа на радиотелефонной частоте вызова и бедствия 2182 кГц в режиме однополосной передачи с полной несущей (режим Н3Е) в случае бедствия до полного внедрения ГМССБ.

Частотная модуляция

Частотная модуляция сигнала несущей частоты достигается изменением ее мгновенной частоты пропорционально изменению амплитуды сигнала звуковой частоты. Частотная модуляция используется в морских радиотелефонных передатчиках, работающих в УКВ диапазоне (режим F3E).

Тип частотной модуляции, называемый «частотная манипуляция» (FSK), используется для связи в ПВ/КВ диапазоне в режиме телекса. В этом случае излучаемая частота сдвигается относительно несущей на 85 Гц (отжатие/нажатие). Данный режим обозначается F1B.

Фазовая модуляция

Фазовая модуляция имеет место, когда мгновенная фаза несущей частоты изменяется в соответствии с характеристиками модулирующего сигнала. Фазовая модуляция применяется в морских радиотелефонных передатчиках УКВ диапазона (режим G3E).

Упрощенная структурная схема передатчика

На рисунке 2.8 показана упрощенная структурная схема судового передатчика.

Рис. 2.8. Структурная схема судового передатчика.

Синтезатор частот генерирует несущую частоту, т.е. частоту, на которой будет осуществляться передача. Номинал этой частоты вводится оператором. Микрофон преобразует звуковые волны в электрический ток низкой (звуковой частоты). Низкочастотные сигналы усиливаются в усилителе низкой частоты до необходимого уровня и подаются на балансный модулятор. Туда также поступает напряжение высокой частоты с синтезатора частот (несущая частота). На выходе балансного модулятора присутствуют только верхняя и нижняя боковые полосы, которые поступают на фильтр. Фильтр пропускает на вход усилителя радиочастоты только верхнюю боковую полосу. Этот сигнал усиливается усилителем радиочастоты и поступает на согласующее устройство, которое обеспечивает согласование выхода усилителя с входом антенны. Это необходимо для получения максимального излучения. В современных передатчиках настройка согласующего устройства осуществляется автоматически при нажатии кнопки TUNE. Сигнал с выхода согласующего устройства поступает в антенну и излучается ею в эфир.

Упрощенная структурная схема приемника

На рисунке 2.9 показана упрощенная структурная схема судового радиоприемного устройства.

Рис. 2.9. Структурная схема судового приемника.

Принятые сигналы с антенны поступают на перестраиваемый усилитель радиочастоты. Уровень сигналов может сильно изменяться в зависимости от расстояния до передатчика, условий распространения и т.д. Поэтому в приемнике имеется возможность ручной и автоматической регулировки чувствительности входного усилителя. С помощью автоматической регулировки усиления (АРУ) обеспечивается автоматическое усиление или ослабление сигнала для получения на выходе усилителя нужного уровня сигнала. Как правило, функция АРУ (AGC) включена. Для использования ручной регулировки усиления следует выключить функцию АРУ.

Принятый радиосигнал затем преобразуется в сигнал промежуточной частоты с помощью частот подставки, вырабатываемых синтезатором частот. В тракте промежуточной частоты осуществляется основное усиление и фильтрация полезного сигнала. После этого сигнал демодулируется, т.е. преобразуется в звуковую частоту. Сигнал звуковой частоты усиливается. Регулятор громкости используется для изменения уровня сигнала, подаваемого на громкоговоритель.

Точная подстройка приемника

Для неискаженного приема однополосных сигналов стабильность и точность частоты настройки передатчика и приемника должны быть высокими. Хотя стабильность частоты современных передатчиков не превышает 10 Гц, судовые приемники имеют регулятор точной настройки приемника для обеспечения максимальной верности воспроизведения звуковых сигналов (Clarifier). Подстройка осуществляется, как правило, с шагом 10 Гц.

Передача в режиме телекса в ПВ/КВ диапазоне

Для передачи букв, цифр, знаков препинания и знаков управления в режиме телекса каждый знак кодируется в двоичном коде, т.е. представляет собой последовательность “нолей” и “единиц”. Исходным кодом является Международный телеграфный код МТК2 (ITA2), в котором каждый знак состоит из пяти элементарных посылок (“нолей” и “единиц”). В телексном модеме осуществляется преобразование в 7-элементный код, обеспечивающий повышение достоверности.

Существуют два типа передатчиков ПВ/КВ диапазона для работы в режиме телекса:

1) Передатчик, использующий частотную модуляцию. В этом случае несущая частота, на которую настроен передатчик, не излучается. Для передачи элементарной посылки “ноль” излучается частота, которая на 85 Гц выше частоты настройки передатчика, а для передачи элементарной посылки “единица” - частота, которая на 85 Гц ниже частоты настройки передатчика.

2) Однополосный радиотелефонный передатчик. В этом случае несущая и нижняя боковая полоса подавлены. На модулятор передатчика вместо речевого сигнала подается тональный сигнал частотой 1785 Гц для передачи элементарной посылки “ноль” или частотой 1615 Гц для передачи элементарной посылки “единица”. Средняя частота между частотами 1615 и 1785 Гц - это частота 1700 Гц. Она называется поднесущей частотой. Поднесущая частота не излучается, как и в случае с несущей частотой передатчика с частотной модуляцией. Излучается один из двух тональных сигналов: сигнал, частота которого на 85 Гц выше поднесущей частоты, в случае передачи посылки “ноль” или сигнал, частота которого на 85 Гц ниже поднесущей частоты, в случае передачи посылки “единица”. Таким образом, спектр излучаемого сигнала в обоих случаях один и тот же.

Передатчик с частотной модуляцией и однополосный радиотелефонный передатчик эквивалентны с точки зрения передачи в режиме телекса, однако последний проще и дешевле.

Классы излучения

Совокупность характеристик излучения, обозначаемая установленными условными символами, называется классом излучения. В общем случае класс излучения описывается тремя символами. Первый символ (буква английского алфавита) характеризует тип модуляции основной несущей, второй символ (цифра) - характер сигнала, модулирующего основную несущую, и третий символ (буква английского алфавита) - тип передаваемой информации.

Ниже приведены основные обозначения символов, описывающих класс излучения.

1. Первый символ - тип модуляции основной несущей:

а) Амплитудная модуляция:

А - двухполосная;

Н - однополосная с полной несущей;

J - однополосная с подавленной несущей;

б) Угловая модуляция:

F - частотная модуляция;

G - фазовая модуляция.

2. Второй символ - характер сигнала (сигналов), модулирующего основную несущую:

• 1 - один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию без использования модулирующей поднесущей (как пример, смотри передатчик с частотной модуляцией, режим телекса);

• 2 - один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию при использовании модулирующей поднесущей (как пример, смотри однополосный радиотелефонный передатчик в режиме телекса);

• 3 - один канал с аналоговой информацией.

3. Третий символ - тип передаваемой информации:

В - телеграфия для автоматического приема (телекс);

С - факсимиле;

Е - телефония.

Использование классов излучений

В судовых передатчиках промежуточных и коротких волн используются следующие классы излучения:

J3E - однополосная телефония с подавленной несущей (амплитудная модуляция);

Н3Е - однополосная телефония с полной несущей (разрешена только на частоте 2182 кГц до полного внедрения ГМССБ), (амплитудная модуляция);

F1B - буквопечатающая телеграфия (частотная модуляция);

J2B - буквопечатающая телеграфия с использованием амплитудной модуляции и частотно-манипулированной поднесущей, передача на одной боковой полосе, подавленная несущая;

В судовых УКВ радиостанциях используются следующие классы излучения:

F3E - телефония с частотной модуляцией;

G3E - телефония с фазовой модуляцией;

G2B - фазовая модуляция; один канал, содержащий дискретную или цифровую информацию, с использованием модулируемой поднесущей.

Подробная информация по классам излучения содержится в Приложении S1 Регламента Радиосвязи.

Неофициальные обозначения классов излучения, встречающиеся в документации: F1B - TLX, J3E - SSB, A3E - AM.

Необходимая ширина полосы частот

В судовых передатчиках приняты меры для сокращения ширины полосы излучаемых частот. Это связано с необходимостью иметь достаточное количество каналов связи в полосах частот, выделенных для использования в морской подвижной службе.

Необходимая ширина полосы частот - это ширина полосы частот, которая достаточна при данном классе излучения для обеспечения передачи сообщений с необходимой скоростью и требуемым качеством. Значения необходимой ширины полосы частот для различных классов излучения составляют:

J3E - 2,7 кГц (коммерческое качество)

Н3Е - 3,0 кГц (коммерческое качество)

J2B - 304 Гц (при скорости 100 Бод)*

F1B - 304 Гц (при скорости 100 Бод)*

F3E - 16 кГц (коммерческое качество)

* Примечание: Бод - это единица скорости передачи дискретной или цифровой информации. 1 Бод=1 Бит/сек., где бит - это элементарная посылка (“ноль” или “единица”).

В диапазоне коротких волн телефонные каналы распределены с шагом 3 кГц, а телексные - с шагом 500 Гц.

Что такое присвоенная частота?

Существует понятие несущей частоты и присвоенной частоты. Как было сказано выше, несущая частота - это частота настройки передатчика; она является характерной частотой, которую можно легко опознать и измерить в данном излучении.

Присвоенная частота - это средняя частота полосы излучаемых частот. Как правило, в справочниках указывается присвоенная частота. В виде исключения к положениям Регламента радиосвязи, относящимся к заявлению и регистрации частот, частоты, на которых осуществляются однополосные радиотелефонные передачи, всегда обозначаются несущей частотой; присвоенная частота будет на 1400 Гц выше несущей частоты. В режиме буквопечатающей телеграфии с частотной модуляцией (F1B) несущая и присвоенная частоты совпадают; в режиме буквопечатающей телеграфии с использованием амплитудной модуляции и частотно-манипулированной поднесущей (J2B) присвоенная частота выше несущей на 1700 Гц. Различие между присвоенной и несущей частотой показано на рисунке ниже.

ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке частота нажатия Fнаж. соответствует передаче элементарной посылки “единица”, а частота отжатия Fотж. - передаче элементарной посылки “ноль”.