АМС при модуляции произвольным сигналом.

Частотный спектр. Предположим, что модуляция производится сигналом сложной формы, спектр которого содержит ряд гармонических колебаний с произвольными частотами (Р^ис* 4.1, г, д). Рассматривая модуляцию каждым из этих колебаний в отдельности, приходим к выводу, что в результате ее возникают боковые колебания с частотами т. е. каждое модулирующее колебание порождает "свою" пару боковых.

Следовательно, если произвольный модулирующий сигнал характеризуется спектром с полосой , тов результате модуляции возникают две боковые полосы: верхняя (ВБП) с частотами и нижняя (НБП) с частотами Поэтому ВБП является копией спектра сигнала, перемещенной вправо по оси частот на а НБП − зеркальное отображение ВБП, симметричное относительно . Такой перевернутый спектр называется инверсным.

Ширина спектра АМС

в 2 раза превышает модулирующего сигнала. Полученный результат можно распространить на любой PC, модель которого представляет собой произведение управляющего сигнала на гармоническое колебание: . Спектр такого PC имеет вышеописанную структуру.

Двухкратное расширение спектра АМС по сравнению с модулирующим сигналом является недостатком АМС.

Динамический диапазон. Динамический диапазон характеризуется изменением амплитуды от до ). При , , . Половину этой амплитуды составляет неизменное несущее колебание а другую половину − огибающая , пропорциональная модулирующему сигналу. Таким образом, за счет несущего колебания динамический диапазон АМС расширяется в 2 раза по сравнению с диапазоном управляющего сигнала. Соответствующего расширения требует и динамический диапазон канала .

Вместе с тем резкое ограничение сверху значением создает трудности при передаче вещательных сигналов, у которых (20000 раз). Если принять , то потребуется , а для этого надо обеспечить еще меньшее значение − коэффициента паразитной модуляции шумами. Поэтому вынужденно прибегают к искусственному сжатию − компрессии динамического диапазона, что отрицательно сказывается на качестве воспроизведения. В этом второй недостаток АМС.

Объем сигнала. Объем сигнала вычисляют по формуле . Поскольку у АМС два параметра и возросли в 2 раза, то .

Энергетические соотношения. Наличие в спектре АМС несущего колебания, которое не содержит никакой информации (кроме, разве, информации о собственном существовании), отрицательно сказывается на энергетических соотношениях. Выясним, какую часть от полной мощности АМС составляет мощность полезного сигнала, заложенного в боковых колебаниях.

Пусть в антенне РПДУ с активным сопротивлением , протекает AM ток с амплитудой . Мощность в антенне изменяется в пределах от до − мощность несущего колебания (измеренная при молчании). При . Пиковая мощность соответствующая верхней границе динамического диапазона РПДУ, должна быть обеспечена без нелинейных искажений.

Полезному сигналу соответствует мощность боковых колебаний .

Средняя мощность АМС равна сумме мощностей трех колебаний: . Такую мощность РПДУ развивает длительное время.

На практике при речевой передаче достигается крайне редко − при выкриках. Среднее статистическое значение Поэтому . Как видим, доля полезного сигнала в мощности АМС незначительна. В этом третий недостаток АМС.

Фазовые соотношения. До сих пор в модели АМС не учитывались начальные фазы, т. е. предполагалось, что и . В этих условиях векторы и (рис. 4.2) лежат на одной прямой. В результате их алгебраического сложения и формируется огибающая АМС Если , то .

Предположим теперь, что равные векторы и сдвинуты по фазе на 90° (рис. 4.3). Тогда , а Кроме того, в этом случае наряду с амплитудной модуляцией − изменением длины результирующего вектора − происходит и фазовая − "качание" вектора в пределах угла .

Подобное нарушение фазовых соотношений может произойти, если в процессе распространения РВ несущее и боковые колебания АМС окажутся сдвинутыми по фазе на различные углы. Это происходит при многолучевом распространении декаметровых волн ( ) в ионосфере. Результат этого явления − ослабление принимаемого сигнала за счет уменьшения − называется селективным замиранием. Подверженность АМС таким замираниям − четвертый недостаток АМС.

Помехозащищенность. В результате сложения АМС с помехой (например, в антенне РПУ) возникают трудноустранимые искажения огибающей АМС. В этом смысле АМС значительно хуже защищен от помех, чем сигналы с постоянной амплитудой, при приеме которых используют ее ограничение. Это его пятый недостаток.

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1) АМС − простейший радиосигнал, формирование и применение которого не требуют сложных технических решений и существенных затрат. Поэтому он длительное время был единственным телефонным радиосигналом и сейчас еще занимает доминирующее положение в радиовещании (особенно на волнах ), широко используется для радиосвязи;

2) в составе бортового РЭО с AM работают радиостанции дальней и командной связи, приемники АРК и посадочных систем (КРП, ГРП и МРП),

3) выявленные недостатки АМС − широкие частотный спектр и динамический диапазон, низкие энергетические показатели, слабая помехозащищенность, подверженность селективным замираниям − могут рассматриваться как исходная ситуация к решению проблемы совершенствования радиосигналов − одной из важных составных частей проблемы помехоустойчивости (рис. 4.1, е).

Лекция № 4

Тема лекции:

«Радиосигналы с амплитудной и импульсной модуляцией. Радиосигналы с частотной и фазовой модуляцией»

План лекции

Оптическое изображение и особенности восприятия 2

Литература

Е. А. Москатов Основы телевидения, 2005р. - 162 с

РАДИОСИГНАЛЫ С АМПЛИТУДОЙ

И ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Общие сведения.

По признаку управляемого параметра PC делятся на три группы: А − с амплитудным, Р − с импульсным и F − с частотным управлением. Свойства АМС, выясненные в предыдущей подтеме, являются основой для изучения сходных по структуре непрерывных PC группы А и импульсных − группы Р.

Для обозначения PC будем использовать четырехэлементную буквенно-цифровую маркировку, в которой первый элемент (цифра) соответствует ширине спектра в килогерцах; второй (буква А, Р или F) − группе РС; третий (цифра) − номеру сигнала в группе, т. е. виду сигнала, четвертый и не обязательный (буква) − варианту PC данного вида. Например: 20А3 − АМС, Ш_с = 20 кГц.

Логичной представляется такая последовательность рассмотрения: телефонные − телеграфные − импульсные − телевизионные PC.

Телефонные радиосигналы подгруппы A3.

Идея совершенствования АМС. Анализ недостатков АМС, выясненных в предыдущем параграфе, должен открыть пути к их устранению. Еще раз внимательно рассмотрим структуру спектра АМС (рис. 4.1, д). Как видим, любая из боковых полос (например, верхняя − ВБП) является точной копией спектра УС, а следовательно, содержит полную информацию о нем и может быть использована как самостоятельный однополосный (ОПС) сигнал. В этом и состоит идея. Предполагается, что причина основных недостатков АМС − наличие в его спектре "лишних" составляющих − несущего колебания (НК) и одной из боковых полос (например, НБП), т. е. избыточность спектра. Выясним, как отразится на свойствах PC устранение избыточности, т. е. переход от АМС к ОПС: 1

1. Ширина спектра и динамический диапазон уменьшаются вдвое: .Поэтому К_опс = V . 1

2. Энергетические соотношения ОПС улучшаются за счет устранения НК. Если сохранить такой же, как для АМС, то это позволит увеличить амплитуду ОПС в 2 раза, а мощность − в 4 раза. При этом эффективность использования мощности составит , а для АМС она равна 0,01.

3. Селективные замирания ОПС маловероятны, так как нет НК, по отношению к которому можно обнаружить изменение фазы ОПС.

4. Помехозащищенность ОПС выше, чем АМС, за счет сужения спектра. Это позволяет сузить и ослабить уровень помех. Недостаток, связанный с изменением амплитуды, сохраняется.

Как показывает анализ, переход от АМС к ОПС позволяет увеличить в 4 раза дальность радиосвязи, не наращивая мощность РПДУ, что особенно важно для бортовых СРСТ, где режим ОПС является основным.

Несущее колебание А0. На рис. 4.4, а даны обозначения, временные и спектральные диаграммы, названы процессы формирования и основные области применения телефонных радиосигналов подгруппы A3. Исходным для формирования любого PC является НК. Оно формируется задающим генератором РПДУ и определяет положение спектра PC на оси частот. Чем насыщеннее диапазон РВ, тем стабильнее должны быть .

Амплитудно-модулированный сигнал А3. Спектр сигнала А3 состоит из НК, ВБП и НБП. На рис. 4.4, апоказана символическая огибающая боковых полос и два боковых колебания, соответствующих тональному АМС. Применяется АМС в основном для связи, вещания и навигации.

Двухполосный сигнал А3В. Двухполосный сигнал (ДПС) А3В состоит их двух боковых полос без НК. При его формировании из спектра АМС "изымается" НК. Временная диаграмма ДПС может быть получена путем вычитания НК из АМС. В результате получим график огибающей с амплитудой . Фаза ее изменяется на 180° при проходе через нулевые значения. Используют ДПС как промежуточный сигнал при формировании ОПС, а также для синтеза АМС в АРК.

В результате такого синтеза можно получить АМС, у которого низкочастотная огибающая изменяет фазу на 180° при изменении на 180° фазы ДПС. Таким образом, изменение фазы PC переносится на низкочастотный УС. Этот эффект позволяет управлять положением направленной антенны АРК и автоматически измерять курсовой угол радиостанции.

Однополосные сигналы A3j и А3А. Однополосный сигнал A3j получают из ДПС путем подавления одной из боковых полос (рис. 4.4, а − нижней) и выделения другой. На рис. 4.4, а временная диаграмма ОПС соответствует модуляции гармоническим сигналом и представляет собой график гармонического колебания частоты . Сигнал А3А отличается наличием так называемого пилот-сигнала (ПС) несущей частоты с сильно (в 10 раз) ослабленной амплитудой. Пилот-сигнал используется как опорный, на частоту которого производится автоматическая подстройка частоты (АПЧ) РПУ. Однополосные сигналы широко используются для телефонной радиосвязи на большие расстояния. Бортовые СРСТ "Микрон" и "Ядро" являются однополосными.