XI.Помехоусойчивость приемника и оптимальные методы приема. Особенности приемников различного назначения.

В теории показано, что спектр частотно-модулированных сигналов теоретически бесконечен. Практически можно не учитывать весьма слабые составляющие этого спектра, лежащие вдалеке от средней частоты, и считать спектр частотно-модулированного колебания ограниченным. Е.И.Манаев вывел простую формулу для приближенного определения ширины спектра ЧМ-колебаний П_чм:

,

(11.1)

где F - частота модуляции,  =f/F - индекс частотной модуляции, f - максимальная амплитуда частотного отклонения ЧМ-колебания (девиация частоты).

При  < 1 (случай однополосной модуляции):

,

(11.2)

при >>1 (случай широкополосной частотной модуляции):

.

(11.3)

Таким образом, спектр ЧМ-колебания существенно зависит от индекса модуляции. При узкополосной ЧМ ширина спектра сигнала соответствует ширине спектра сигнала при амплитудной модуляции. В случае широкополосной модуляции спектр ЧМ-сигнала равен удвоенной девиации частоты.

Частотная модуляция применяется для служебной радиотелефонной связи и в радиовещании.

Основные преимущества частотной модуляции по сравнению с амплитудной модуляцией:

– увеличивается помехозащищенность;

– повышается использование мощности передатчика;

– улучшаются качественные показатели передачи (динамический диапазон, расширяется спектр передаваемых частот).

Структурная схема приемника ЧМ-сигналов может быть представлена следующим образом.

U_вых

Рис.11.1 Структурная схема приемника ЧМ-сигналов

Как видно из приведенной структурной схемы, ЧМ-приемник отличается от приемника АМ-сигналов, тем, что в нем применяется вместо амплитудного детектора частотный детектор. Перед частотным детектором для устранения паразитной амплитудной модуляции устанавливается ограничитель амплитуды.

Напряжение на выходе частотного детектора равно:

,

(11.4)

где S_д - крутизна характеристики частотного детектора, f - частотное отклонение сигнала относительно средней частоты спектра ЧМ-сигнала.

11.1 Помехоустойчивость чм-приема при гармонической помехи

Векторная диаграмма соответствует случаю большого отношения сигнал/шум, т.е.:

,

(11.5)

где U_с - амплитуда сигнала, U_п - амплитуда помехи.

Конец результирующего вектора будет двигаться по окружности с частотой F₁, равной:

,

(11.6)

где f_с - частота сигнала, f_п - частота помехи.

Таким образом, под действием помехи результирующий сигнал оказывается промодулированным как по амплитуде, так и по фазе.

Наибольший угол отклонения результирующего вектора, являющийся индексом паразитной частотной модуляции, равен:

.

(11.7)

При достаточно большом превышении сигнала над помехой (К>>1) последнее выражение можно представить в виде:

,

(11.8)

так как при малых индексах паразитной модуляции справедливо соотношение .

Паразитная амплитудная модуляция устраняется ограничителем.

Определим величину отношения сигнал/шум на выходе частотного детектора, считая, что сигнал промодулирован по частоте гармоническим сигналом с индексом модуляции равным _с.

В соответствии с определением индекса частотной модуляции, девиация частоты за счет полезной и паразитной частотных модуляций можно представить следующим образом:

, .

(11.9)

Отношение сигнал/помеха на выходе частотного детектора при этом равно:

.

(11.10)

Благодаря ограничителю отношение сигнал/помеха на выходе частотного детектора в f_c/F₁ раз больше, чем на входе приемника ЧМ-сигналов.

Можно оценить величину выигрыша в отношении сигнал/помеха как отношение сигнал/помеха на выходе приемника к отношению сигнал/помеха на входе:

.

(11.11)

Величина выигрыша обратно пропорциональна разности частот сигнала и помехи.

Разность частот F₁ за счет фильтрации сигнала до частотного детектора не может быть больше F_max, поэтому минимальная величина выигрыша равна:

.

(11.12)

Таким образом, минимальная величина выигрыша равна индексу частотной модуляции.

Основным недостатком при применении ЧМ является снижение отношения сигнал/помеха с увеличением разностной частоты между сигналом и помехой. С целью того, чтобы обеспечить хорошее отношение сигнал/помеха при приеме ЧМ-сигналов применяется метод предискажений. Для этого на передающем конце повышают уровень высоких частот в передаваемом сигнале, другим словами за счет предискажений увеличивается отношение сигнал/помеха на высоких частотах. При приеме сигналов для того, чтобы обеспечить его неискаженный прием, устанавливают на выходе частотного детектора интегрирующее звено, с помощью которого снижают уровень высоких частот. Тем самым устраняются предварительные искажения сигнала.

За счет применения предварительных искажений отношение помеха/сигнал остается на одном и том же уровне в области высоких частот (на рисунке эта зависимость показана пунктирной линией).