10 ПВтчм, к, мГц
8,72
8,74
,75
,19
,5
13
12
,57
,9
,69
15
14
,37
,14
,8
21
18
,51
,73
,45
23
19
8
32,
9
26,
2
Як видно з таблиці 1, в більшості випадків застосовується частотна модуляція з Меф не
більше 1.
При передачі сигналів телебачення характеристики ЧМ радіо¬сигнала залежать від
відповідних параметрів сигналів зображення і звукового супроводу. Для сигналу
зображення верхня частота спектру Fв, розмах сигналу, а, отже, максимальна девіація
частоти Δfк відомі: Fв = 6 МГц, Δfк = 4 Мгц.
Індекс ЧМ дорівнює Мі = Δfк / Fв = 4/6= 0,67, а необхідна смуга частот, визначена по
формулі Карсона, рівна Пчм тв = 2(Fв + Δfк )= 2(6 + 4)= 20 Мгц або Пчм тв = 2 Fв (1 + Мі) = 2
х 6(1+0,67)= 20 Мгц.
Якщо в одному стовбурі передаються сигнали зображення, звукового супроводу і
звукового мовлення з використанням частотного розділення, то верхня частота
модулюючого сигналу, ефективна девіація частоти і необхідна смуга частот зростуть.
Маніпуляція в цифрових РСП. Модуляцію в цифрових РСП прийнято називати
маніпуляцією. Залежно від числа рівнів модулюючого (маніпулюючого) сигналу
розрізняють дворівневу (двійкову) і багаторівневу маніпуляцію.
Для багатьох видів маніпуляцій, вживаних в цифрових радіорелейних системах
передачі, передбачається використання маніпулюючих сигналів, що відрізняються по
структурі від вихіодного передаваного двійкового сигналу. Формування вказаних
маніпулюючих сигналів здійснюється спеціальним кодуюючим пристроєм - кодером
модулятора. При демодуляції радіосигналу на приймальному кінці за допомогою декодера
демодулятора проводиться зворотне перетворення, внаслідок чого формується початковий
двійковий сигнал. Декодуванню, природно, передує регенерація сигналу. Сукупність
кодера модулятора і декодера демодулятора утворює модем для цифрової РСП,
узагальнена схема якого приведена на рис. 7.
Рис. 7. Функциоанальная схема модему цифрової РСП
У сучасних цифрових радіорелейних і супутникових системах передачі
застосовуються амплітудна, фазова, частотна і комбінована амплитудно-фазова
маніпуляції.
Амплітудна маніпуляція - АМ. Хоча цей вид маніпуляції в сучасному цифровому
радіозв'язку зустрічається досить рідко, він ще служить зручною основою для введення
деяких основних понять. В даний час знаходить застосування лише двійкова АМ.
Маніпулюючим (модулюючим) сигналом в цифрових системах радіозв'язку є
випадкова послідовність 1 (токова посилка) і 0 (пауза - безтокова посилка).
Радіосигнал з АМ може бути представлений в наступній декілька спрощеній формі:
(9)
де Uн (t) - модулююча випадкова двійкова послідовність відеоімпульсів (часто, не
обов'язково, прямокутної форми), ωн -частота несучого радіочастотного коливання.
Приклад радіосигналу для випадкової двійкової послідовності прямокутних
відеоімпульсів показаний на мал. 8, де Т - тривалість елементу початкового двійкового
сигналу.
Рис. 8. Форма сигналів при амплітудній модуляції
Для сигналів АМ найпоширенішим є некогерентний прийом, що включає вимір
амплітуди оги¬бающей на виході вузькосмугового фільтру. Модуляція і демодуляц ія
сигналів в системах з двійковою АМ не вимагає спеціального кодування і декодування.
Мінімальна смуга частот ПАМ, необхідна для передачі АМ радіосигналу, чисельно
дорівнює швидкості передачі цифрової інформації в (частоті проходження передаваних
елементів початкового двійкового сигналу)
ПАМ = В = 1/Т. (10)
Ефективність використання смуги частот характеризується максимальною питомою
швидкістю передачі при двійковій АМ і рівна SАМ = В/ПАМ.
Фазова маніпуляція - ФМ. При ФМ маніпулюючим параметром високочастотної
несучої радіоімпульсу є її фаза ωнt. В сучасних РСП застосовуються двійкова,
чотирирівнева і восьмирівнева ФМ. При демодуляції фаза ФМ радіосигналу порівнюється
з фазою відновленого на приймальному кінці опорного коливання (несучої). Через
випадкових спотворень радіосигналу має місце невизначеність фази відновленої несучої,
що є причиною, так званої зворотної роботи, при якій двійкові посилки приймаються в
негативі . Для усунення впливу невизначеності фази застосовується різницеве кодування
фази передаваних радіоімпульсів. Фазову маніпуляцию з різницевим кодуванням фази
називають фазорізницевою або відносною фазовою маніпуляцією (ВФМ). У цифрових
радіорелейних системах передачі з ВФМ при передачі інформації кодується не сама фаза
радіосигналу, а різниця фаз (фазовий зсув) двох сусідніх радіоімпульсів.
Структура ОФМ радіосигналу для дворівневої ФМ представлена на рис. 9.
Рис. 9. Структура дворівневого радіосигналу ОФМ
З рис. 9 витікає, що фаза несучого коливання змінюється відносно її попереднього
перебування на π при передачі 1 і залишається незмінною при передачі О .
Застосовуються два способи демодуляції ВФМ радіосигналів. У першому випадку
спочатку відновлюється несуча і когерентно детектується ВФМ радіосигналу, потім
різницевий (диференційно) декодуються сигнали, що приймаються. При такому способі
демодуляції операції детектування і декодування розділені і виконуються послідовно.
Другий спосіб припускає диференціально-когерентне (автокореляційне) детектування
ВФМ радіосигналу, при якому як опорне коливання використовується попередній
радіоімпульс. При цьому операції детектування і декодування суміщені.
Ширіна спектру ВФМ радіосигналу залежить від швидкості передачі інформації В і
числа рівнів маніпуляції М. Необходімая для ВФМ радіосигналу мінімальна смуга
пропускання рівна.
ПВФМ= В /log2M. (11)
Зазвичай смугу пропускання вибирають декілька більшою, тобто ПОФМ = (1,1...1,2)В
/log2M. Із (11) слідує, що при збільшенні числа рівнів маніпуляції смуга частот, необхідна
для передачі ВФМ радіосигналу, зменшується. Так, при ВФМ-4 (М = 4) смуга частот
удвічі менша, ніж при ВФМ при однаковій швидкості передачі інформації. Максимальна
ефективність використання смуги частот при ВФМ рівна SОФМ = В/ПОФМ = log2M.
Частотна маніпуляція - ЧМ. При ЧМ модульованим (маніпульованим) параметром є
частота високочастотного заповнення радіоімпульсу. У РСП застосовуються двійкова,
трирівнева (при використанні квазітрійкових кодів), чотирьохрівнева і восьмирівнева ЧМ.
Приклад простою дворівневою ЧМ показаний на рис. 10.
Рис. 10. Форма сигналу при
частотній маніпуляції:
а - маніпулюючий сигнал; б
- частотно-маніпулюючий
сигнал - радіосигнал ЧМ
У більшості РСП з частотною маніпуляцією використовуються модулюючі коливання
прямокутної форми, причому амплітуди несучих залишаються постійними. Для цього
випадку радіосигнал має вигляд
(12)
Смуга частот необхідна для передачі ЧМ радіосигналу Пчм, і ефективність її
використання Sчм залежать від швидкості передачі інформації В, числа рівнів М і
максимальної девіації частоти ΔfМ і рівні, відповідно
(13)
(14)
де ΔfМ - максимальна девіація частоти, залежна від М, а Мм = [ΔfМ log2 М]/В-
максимальний індекс ЧМ.
При демодуляції ЧМ радіосигналів застосовується некогерентне детектування,
причому зазвичай використовуються ті ж частотні детектори, що і в аналогових РСП з
ЧМ.
Великий інтерес представляє застосування частотної маніпуляції з мінімальним
зсувом (ЧММЗ), що є окремим випадком маніпуляції з неперервною фазою, при якій фаза
маніпулюючого радіосигналу змінюється неперервно і не має стрибків на межах
радіоімпульсів. При ЧММЗ для передачі 1 і -1 , як при звичайній двійковій ЧМ,
використовуються дві частоти, проте рознесення між ними вибирається так, щоб за час
тривалості елементу Т фаза маніпульованого радіосигналу змінювалася рівно на π/2. При
цьому якщо передається 1 , то частота радіосигналу f=f0 + 1/4 Т, так що у момент
закінчення радіоімпульсу його фаза отримує зрушення π/2. При передачі -1 частота
радіоімпульсу f=f0 - 1/4 Т, внаслідок чого фаза радіоімпульсe в момент його закінчення
набуває зсуву π/2. Таким чином, ЧММЗ вельми схожа на ВФМ, при якій фаза
маніпульованого радіосигналу також змінюється на π/2 протягом кожного інтервалу Т.
Відмінність полягає лише в тому, що при ЧММЗ фаза змінюється не стрибкоподібно, а
неперервно.
При демодуляції ЧММЗ радіосигналів використовується когерентне детектування.
Перешкодостійкість ЧММЗ близька до завадостійкості двійковою ВФМ, а ефективність
використання смуги частот приблизно така ж, як при чотирьохрівневій ВФМ.
Амплитудно-фазова маніпуляція - АФМ. При АФМ маніпулюючим (представляючим)
параметром є комплексна амплітуда радіосигналу. Формування М-рівневого АФМ
сигналу може бути реалізоване шляхом М0,5-рівневої балансної амплітудної маніпуляції
синфазною і квадратурною складовими сигналу однієї частоти і складання отриманих АМ
радіосигналів. З цієї причини АФМ часто називають квадратурною амплітудною
маніпуляцією (КАМ).
Мінімальна необхідна смуга частот ПАФМ і максимальна ефективність використання
смуги SАФМ визначаються так само, як у випадку багаторівневої ФМ (ВФМ).
Порівняльна оцінка якісних показників різних видів маніпуляції, вживаних в цифрових
РСП, приведена в таблиці. 2.
д
Таблиця 2
Ви Число
рівнів
Спосіб
детектування
Відно
шення
Максим
альна
маніпу-
манипу сигналів, що
сигнал-
ефективніст
ляції
ляції
приймаються
шум на
вході
приймач
а, дБ (при
pощ=10-6)
ь
використанн
я смуги
частот,
біт/с/Гц
АМ
2
2
й
Некогерентни
Диференційно
17,2
11,2
1
1
М
ВФ
ЧМ
4
2
4
8
3
-когерентний
Те ж
Когерентний
Те ж
«
Некогерентни
12,8
10,8
10,8
14,6
15,9
2
1
2
3
1
ЧМ
МСАФ
М
4
8
2
16
й
Те ж
«
Когерентний
Те ж
20,1
25,5
10,8
17,0
2
3
2
4
Цікаво орієнтовно порівняти ефективність використання смуги частот цифрових і
аналогових РСП. Якщо в цифрових системах використовується ІКМ із швидкістю
передачі основного цифрового каналу 64 кбіт/с, то в системах з АМ і ОФМ-2 (дворівнева)
максимальна ємність стовбура зі смугою 40 МГц складає 625 каналів тональної частоти
(КТЧ), з ВФМ-4 (чотирирівнева) і ЧММЗ - 1250 КТЧ, з ВФМ-8 - 1875 КТЧ, нарешті, при
використанні АФМ-16 - 2500 КТЧ. Максимальна досягнута в даний час ємність
аналогових систем з ЧМ при тій же смузі складає 3600 КТЧ. Таким чином, можна
вважати, що ефективність використання смуги частот в найбільш досконалих цифрових
РСП наближається до ефективності аналогових систем з ЧМ. У РСП з малою і середньою
пропускною спроможністю ефективність використання смуги частот в цифрових системах
не нижча, ніж в аналогових системах з ЧМ.
Серед видів маніпуляцій найбільшої простотої реалізації, що розглядались,
відрізняються двійкові АМ і ЧМ, а також троьохрівнева і чотирьохрівнева ЧМ при
використанні частотного дискримінатора для демодуляції сигналів. Порівняно просто
реалізуються ВФМ-2 і ВФМ-4 при диференціально-когерентному детектуванні сигналів,
основні складнощі зв'язані з необхідністю відновлення опорного коливання на
приймальному кінці. Найбільші труднощі виникають при використанні ВФМ-8 і АФМ-16,
причому в останньому випадку виникають додаткові труднощі, пов'язані з необхідністю
забезпечення високої лінійності амплітудної характеристики всього лінійного тракту.
Двійкові некогерентні АМ і ЧМ застосовуються в РСП з малою пропускною
спроможністю, а також в РРСП, що перевозяться, двійкова ВФМ - в РСП з малою і
середньою пропускною спроможністю. Широке застосування в РСП з різною пропускною
спроможністю найшли ВФМ-4. Разом з ВФМ-4 АФМ-16 стає основним видом маніпуляції
для цифрових РСП з високою пропускний здатністю. Для передачі цифрових сигналів в
аналогових РСП застосовуються двійкова і багаторівнева ЧМ з числом рівнів М = 3, 4 і 8
при використанні аналогового частотного детектора для демодуляції.
