Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебно-методическое пособие по дисциплине «Технологии и оборудование производства программ телевизионного и звукового вещания». Учебно-методическое по
.pdf
11
u = U0 sinωt + U0 MMA sinΩt sinωt.
Рисунок 2 – Амплитудно-модулированные колебания:
а – модулирующее напряжение;
б – несущее колебание;
в – модулированное колебание.
Так как sinαcos β =(cos(α–β) – cos(α+β))/2, то уравнение амплитудно-
модулированного (далее будем говорить AM) колебания может быть
представлено в виде
))tcos(
2
MU
)tcos(
2
MU
tsinU
AM0AM0
0
u
Из этой формулы видно, что модулированный сигнал состоит из трех
высокочастотных колебаний (при модуляции сигналом одной частоты
постоянной амплитуды). Наибольшей амплитудой обладают колебания с
частотой ω, которую принято называть несущей частотой. Две другие
составляющие имеют одинаковые амплитуды, не превышающие половины
амплитуды колебаний несущей частоты. Эти составляющие расположены
ниже и выше несущей частоты и отличаются от нее на значение, равное
частоте модулирующего сигнала. Эти частоты принято называть
соответственно нижней и верхней боковыми частотами.
uзв=UΩsinΩt
t
t
t
u
зв
u
u
u=U0sinωt
U
Ω
U
макс
U
мин
U=U0+UΩsinΩt
а б в
12
Спектр модулирующего сигнала и спектр AM сигнала показаны на
рисунке 3, а. Если первичный сигнал сложный и его спектр состоит из
множества частот от Ωмин до Ωмакс, то спектр AM колебания будет состоять
из несущего колебания и двух боковых полос, симметричных относительно
несущей (рисунок 3, б).
Рисунок 3 – Спектры первичных (модулирующих) и AM сигналов
Из рисунка видно, что при передаче модулированных колебаний
происходит излучение целого спектра частот, границы которого
определяются максимальной верхней и минимальной нижней боковыми
частотами f + Fмакс и f – Fмакс. Следовательно, при амплитудной модуляции
передатчик занимает полосу частот, ширина которой равна двум
максимальным частотам модуляции 2F
макс
.
Когда говорят, что радиостанция работает на какой-либо частоте, то
имеют в виду ее несущую частоту. Понятно, что две радиостанции не могут
работать без взаимных помех, если их несущие частоты различаются меньше,
чем на сумму их максимальных частот модуляции.
К достоинствам амплитудной модуляции следует отнести сравнительно
узкую полосу частот АМ-сигнала, а также простоту модулятора и приемника
AM сигналов. Это делает данный вид модуляции удобным для массового радиовещания, и он там широко применяется.
Но амплитудная модуляция имеет и недостатки.
1. Низкая эффективность использования мощности передатчика. Из (1) и
рисунка 3, видно, что как минимум половина мощности передатчика
затрачивается на передачу несущей частоты, которая в принципе не
содержит информации о передаваемом сообщении.
2. Малая помехоустойчивость (способность модулированных сигналов
противостоять вредному воздействию помех) AM сигнала. Так, если по пути
распространения радиоволн, возникнет помеха, совпадающая с полезным
Ω
ω ω ω
ω
Ωмин
Ωмакс
ω–Ω
ω+Ω
ω
ω
2
mU
0
2
mU
0
U
0
U
0
ω–Ωмакс
ω+Ωмакс
ω+Ωмин
ω–Ωмин
а
б
13
сигналом по спектру, она добавится к полезному сигналу и беспрепятственно
поступит на радиоприемник.
Частотная модуляция. Частотной модуляцией называется процесс
изменения частоты высокочастотного колебания в соответствии с
колебаниями передаваемого (модулирующего) сигнала звуковой частоты. В
простейшем случае модуляции синусоидальным сигналом частота
высокочастотного колебания изменяется около среднего значения ω
0
закону
модулирующего сигнала
u = U0sin(ω0 +ΔωsinΩt)t
где ω0 = 2πf0 – средняя частота высокочастотного колебания (несущая);
Ω = 2πF – частота модуляции; Δω = 2πΔf0 – амплитуда частотного отклонения или девиация частоты.
Графики, поясняющие процесс частотной модуляции, приведены на
рисунке 4. Верхний из них отображает модулирующее колебание, средний –
частотно-модулированное колебание, а нижний – изменение частоты в
результате воздействия модулирующего сигнала. Эта частота изменяется от
среднего значения f0 в сторону увеличения до f
макс
и в сторону уменьшения
до f
мин
.
Рисунок 4 – Принцип частотной модуляции
Полоса частот, занимаемая передатчиком, модулируемым по частоте,
зависит от отношения девиации частоты Δω к модулирующей частоте Ω. Это
отношение называют индексом модуляции
МЧМ = ∆ω /Ω = ∆f0 / F
Математический анализ (кстати, для частотно-модулированного
колебания, довольно сложный) показывает, что даже в простейшем случае
uзв=UΩsinΩt
t
u
зв
u
t
t
f
макс
f0 f
мин
f
14
модуляции одним гармоническим сигналом спектр частотномодулированного колебания содержит бесконечное число боковых
колебаний, расположенных попарно относительно среднего (несущего)
колебания. Боковые частоты спектра равны f0 ± nF, где n=1, 2, 3,... .
Расстояние между соседними боковыми колебаниями равны частоте
модулирующего сигнала F. Таким образом, спектр частотномодулированного сигнала значительно шире спектра амплитудномодулированного сигнала.
Следует отметить, что амплитуда сложного частотно-модулированного
колебания в процессе модуляции всегда остается постоянной, так как не
несет никакой информации. Если из-за помех амплитуда изменится, то
приемник никак не будет реагировать на это изменение. Это существенно
облегчает борьбу с помехами при приеме частотно-модулированных
колебаний. Именно высокая помехозащищенность является главным
достоинством частотной модуляции. Поэтому ЧМ применяется в тех случаях,
когда необходимо обеспечить высокое качество передачи сигнала (или когда
передать сигнал с нормальным качеством, но при большом уровне помех).
Импульсная модуляция. Рассмотренные выше виды модуляции называют непрерывными. Однако в качестве переносчика можно использовать
периодическую последовательность сравнительно узких импульсов.
Последовательность прямоугольных импульсов одного знака
характеризуется параметрами (рисунок 5): амплитудой импульсов U,
длительностью (шириной) импульсов τи; частотой следования (или тактовой
частотой) fт = 1/Т, где Т – период следования импульсов (ωт=2πfт);
положением (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчетных) точек.
Рисунок 5 – Последовательность прямоугольных импульсов
По закону передаваемого первичного сигнала можно изменять
(модулировать) любой из перечисленных параметров импульсной
последовательности. При этом модуляция называется импульсной.
В зависимости от того, какой параметр модулируется первичным
сигналом, различают: амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), когда по
закону передаваемого сигнала (рисунок 6, а) изменяется амплитуда импульсов (рисунок 6, б); широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), когда изменяяется ширина импульсов (рисунок 6, в); частотно-импульсную модуляцию
(ЧИМ) – меняется частота следования импульсов (рисунок 6, г); фазоимпульсную модуляцию (ФИМ) – меняется фаза импульсов, то есть времен-
u(t)
τ
и
Т
U
t
15
ное положение относительно тактовых точек.
Зависимость спектра сигналов с импульсной модуляцией от их
параметров имеет довольно сложный характер. В качестве примера на
рисунке 7, показан спектр АИМ сигнала при модуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом с полосой частот от 0 до Ω. Он
содержит спектр исходного сигнала, все гармоники тактовой частоты ω
т
(то
есть частоты 2ωт, 3ωт, 4ω
т
и т.д.) и боковые полосы частот около гармоник
тактовой частоты.
Спектры сигналов ШИМ, ЧИМ и ФИМ имеют еще более сложный вид.
Рисунок 6 – Временные диаграммы исходного (а), АИМ (б), ШИМ (в),
ЧИМ (г) сигналов
Импульсные последовательности, изображенные на рисунке 6,
называются последовательностями видеоимпульсов. Если позволяет среда
распространения, то видеоимпульсы передаются без дополнительных
преобразований (например, по кабелю). Однако по радиолиниям передать
видеоимпульсы невозможно. Тогда сигнал подвергают второй ступени
преобразования (модуляции).
Модулируя с помощью видеоимпульсов гармоническое несущее
колебание достаточно высокой частоты, получают радиоимпульсы, которые
способны распространяться в эфире. Полученные в результате сочетания
первой и второй ступеней модуляции сигналы могут иметь названия АИМАМ, ФИМ-АМ, ФИМ-ЧМ и др.
U(t)
U(t)
U(t)
U(t)
t
t
t
t
АИМ
ШИМ
ЧИМ
а
б
в
г
16
Рисунок 7 – Спектр АИМ сигнала
Сравнение импульсных видов модуляции показывает, что АИМ имеет
меньшую ширину спектра по сравнению с ШИМ и ФИМ. Однако последние
более устойчивы к воздействию помех. Для обоснования выбора метода
модуляции в системе передачи необходимо сравнивать эти методы по
различным критериям: энергетическим затратам на передачу сигнала,
помехоустойчивости, сложности оборудования и др.
ЧАСТОТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ
Частотное разделение (уплотнение) предусматривает выделение
каждому канальному сигналы фиксированного, строго определенного места в
общем частотном диапазоне. Для этого выделенный для организации связи
частотный диапазон Δω, предназначенный для системы связи, разбивается на
N (по количеству каналов в ней) частотных интервалов – ячеек (рисунок 8).
Рисунок 8 – Перенос полос частот сигналов при ЧРК
U(t)
ω
2ωТ 3ω
Т
ω
Т
ωТ–Ω
ωТ+Ω
Ω
Канал 1
Канал 2
Канал N
ΔωΔωΔω
S
(ω)
S
(ω)
S
(ω)
ω1–Ω
В
ω1+Ω
В
ω2–Ω
В
ω2+Ω
В
ωN–Ω
В
ωN+Ω
В
1
2
ωN ω2 ω
1
ΩΩΩΩΩ
Ω
ω
17
В каждую такую ячейку ΔωN «помещают» спектр соответствующего
канального сигнала SN(ω). Такой способ основан на том, что спектр
реального сигнала практически ограничен определенным интервалом частот.
Считается, что вне этого интервала составляющие спектра сигналы
отсутствуют. С помощью канальных передатчиков спектры сообщений SN(Ω)
не меняя своей структуры, преобразуются в канальные SN(ω). Задача
канальных передатчиков – распределить исходные спектры сообщения SN(Ω)
по частоте, построив их друг за другом. Таким образом, при частотном
объединении каналов мы должны «посадить» каждый канальный спектр
SN(ω) в соответствующую отдельную ячейку ΔωN.
Способ построения каналообразующей аппаратуры с ЧРК показан на
рисунке 9. На передающей стороне каждый из канальных передатчиков
имеет собственную несущую частоту. Частоты подобраны таким образом,
чтобы сигналы на выходах передатчиков были разнесены по спектру (в
соответствии с рисунком 8). Сумма всех канальных сигналов образует
групповой сигнал, который поступает в линию.
Рисунок 9 – Образование многоканальной системы способом ЧРК
На приемной стороне разделение происходит за счет фильтрации
отдельных канальных спектров (рисунок 10). Канальные фильтры
Ф1,Ф2,…,ФN – своеобразное спектральное решето. Каждый фильтр
пропустит только «свой» спектр и задержит остальные. Выделенный
фильтром сигнал преобразуется в исходный с помощью детектора Д как в
обычной одноканальной системе (рисунок 10).
Рисунок 10 – Разделение сигналов на приемной стороне
ω
УР
1
УР
2
УР
N
•••
ω
1
ω
2
ω
N
КП1 КП2 КП
N
ω1 ω
2
ω
N
S1(Ω)
S2(Ω)
SN(Ω)
S1(ω)
S2(ω)
SN(ω)
Линия связи
S1(Ω)
S2(Ω)
S
(Ω)
Ф1 Ф
2
Ф
N
Д Д Д
18
Для того чтобы при многоканальной передаче не возникли переходные
помехи необходимо ширину частотных интервалов (ячеек) ΔωN взять
несколько большей ширины канальных спектров SN(ω) группового сигнала,
т.е. они не должны располагаться друг за другом впритык. Между ними
должен быть частотный промежуток – защитный интервал. В противном
случае при разделении сигналов составляющие соседних канальных спектров
могут просочиться друг к другу и вызвать искажения. Причиной является
несовершенство характеристик устройств разделения УР. На рисунке 10
штриховыми линиями показаны требуемые (идеальные) характеристики, а
сплошными – реальные.
Системы передачи, в которых канальные сигналы размещаются в
неперекрывающихся частотных полосах, получили название систем
передачи с частотным разделением каналов (ЧРК).
19
Временное разделение каналов
методические указания
к лабораторной работе № 2
20
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследовать принципы временного объединения каналов связи на
передающей стороне, а также их разделения на приеме.
2. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
2.1. Изучить теоретический материал на тему «временное разделение
каналов».
2.2. Выполнить предварительный расчет, используя данные таблицы 2.1, в
соответствии с номером варианта. Используя данные таблицы, выбрать
оптимальную частоту дискретизации.
2.3. Подготовить ответы на контрольные вопросы.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Катунин Г. П. Основы телекоммуникаций. Учебное пособие. Новосибирск:
СибГУТИ, 2006. – 546 с.:ил.
Таблица 2.1 – Варианты значений исходных сигналов.
№ бригады
1 2 3 4 5
F1, Гц
400
1000
600
1200
1000
F2, Гц
600
700
500
1500
500
F3, Гц
800
500
950
2000
700
№ бригады
6 7 8 9 10
F1, Гц
300
1000
600
1300
400
F2, Гц
700
800
900
1000
750
F3, Гц
1200
500
300
700
1000
Вид сигнала
U= U0sint
3. ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
3.1. Ознакомиться с методикой проведение измерений в среде LabVIEW.
3.2. В соответствии с вариантами заданий таблицы 2.1
Исследовать временные диаграммы:
1) исходных аналоговых сигналов;
2) дискретизированных сигналов на выходах электронных ключей на
передающей стороне;
3) сигнала на выходе сумматора;
4) дискретизированных сигналов на выходах электронных ключей на приеме;
5) сигналов на выходах фильтров нижних частот;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]