5.3. Метод одной боковой полосы. Многократное преобразование частоты

Полезное (абонентское) сообщение передаётся в верхнем и нижнем боковых лепестках спектра модулированного сигнала (см. рисунок 5.9), что информационно избыточно и вызывает необходимость в повышении эффективной ширины спектра канала передачи в системах связи. С целью более эффективной организации систем передачи используют метод одной боковой полосы (ОБП). При передаче ОБП подавляется левая или правая боковая полоса модулированного сигнала. Это позволяет уменьшить эффективно передаваемую полосу частот сигнала примерно в два раза и во столько же раз повысить пропускную способность систем связи. Например, в многоканальных системах связи неиспользуемая боковая полоса одного канала может замещаться боковым лепестком соседнего канала.

Одна боковая полоса модулированного сигнала может быть подавлена фильтровым и фазоразностным методами (фазофильтровый метод ОБП не нашёл широкого применения). Наиболее широкое применение получил фильтровый метод ОБП, в котором неиспользуемая боковая полоса подавляется в канальном преобразователе (рисунок 5.10,а). Канальный преобразователь первичного сигнала состоит из модулятора (М), на входы которого подаются первичный сигнал и несущее колебание, к выходу подключён полосовой фильтр (ПФ). На рисунке 5.10,б приведены амплитудные спектры соответственно первичного, модулированногосигналов, сигналана выходе канального преобразователя, и АЧХполосового фильтра. Из рисунка 5.10,б видно, что полоса пропускания полосового фильтра

.

Рис. 5.10. Канальный преобразователь (а),

спектры сигналов фильтрового метода ОБП (б)

фильтра настроена (отлична от нуля) на диапазон частот (соответственно нижняя и верхняя частоты спектра первичного сигнала и несущая частота модулятора), что позволяет передавать в канал связи нижнюю боковую полосу первичного сигнала (или подавить его верхний боковой лепесток, который на рисунке 5.10,б заштрихован).

Однако с ростом частоты несущего колебания возникают трудности поддержания требуемых частотных характеристик полосовых фильтров. При этом неравномерность АЧХ полосовых фильтров повышается, крутизна нарастания «стенок» их АЧХ понижается, добротность АЧХ падает, что приводит к возникновению переходных помех (см. рисунок 5.10,б). Иначе говоря, переходная помеха обусловлена недостаточным затуханием сигнала в полосе непропускания фильтра. В случае если частота несущего колебания кГц, полосовые фильтры реализуются наLC-элементах. На более высоких частотах используются фильтры с большей добротностью: кварцевые; магнитострикционные или электромеханические.

От этих недостатков свободен фазоразностный метод ОБП. Структурная схема устройства, реализующего этот метод, изображён на рисунке 5.11. Первичный сигнал через развязыва-

Рис.5.11. Фазоразностное устройство

формирования ОБП

ющее (РУ) поступает на два плеча схемы. На модуляторе М1 исходный сигнал и несущее колебание подаются сдвинутыми по фазе наотносительно сигналаи несущего колебания, подаваемых на модулятор М1. Сдвиг сигнала по фазе производится в фазовращателях (преобразователях Гильберта) ФВ1 – дляn(t), ФВ2 – для . Сигналыис выходов модуляторов откладываются в сумматоре. Спектр канального сигналана выходе преобразователя имеет только одну боковую полосу.

Для упрощения анализа будем рассматривать балансную амплитудную модуляцию тонального сигнала несущим сигналом,. Сигнал на выходе первого модулятора

, (5.30)

где коэффициент передачи (крутизна выходной характеристики) модулятораM1. С учётом фазового запаздывания в первичном сигнале и несущем колебании сигнал на выходе второго модулятора

, (5.31)

где крутизна выходной характеристики модулятораM2. В случае , суммируя (5.30) с (5.31), получим канальный сигнал

. ( 5.32)

Спектр канального сигнала (5.32) будет иметь одну нижнюю боковую частоту .

Таким образом, фазоразностный метод позволяет формировать ОБП в любом, даже самом высоком диапазоне частот.

К недостаткам фазоразностного метода можно отнести необходимость идентичности характеристик модуляторов (выполнение условия ), трудность получения одинакового фазового сдвига для всех частотных составляющих первичного сигнала, относительную сложность фазоразностного устройства по сравнению с фильтровым.

С целью уменьшения требований к крутизне частотных характеристик канальных фильтров (для систем с фильтровым методом ОБП), а также для группового преобразования частоты в широкополосных системах связи, используют многократное преобразование частоты.

Структура системы многократного преобразования сигнала тональной частоты кГц в диапазон 104,6…107,7 кГц приведена на рисунке 5.12. Для преобразования сигнала ТЧ в требуемый частотный диапазон используют поэтапную (в данном примере двукратную) балансную модуляцию с частотами поднесущих 12 и 100кГц и фильтровым методом подавления одной боковой полосы. Эффективно передаваемые диапазоны частот в [кГц] полосовых фильтров указаны прямоугольниками над их обозначениями. Внизу, под каждым входом и выходом элементов составного канала, подрисован соответствующийспектр сигнала. Первичным

Рис. 5.12. Многократное преобразование сигнала ТЧ

сигналом для первого модулятора является сигнал ТЧ. «Первичным» сигналом для второго модулятора является выходной сигнал первого полосового фильтра. Он имеет полосу 12,3…15.4кГц (см. рисунок 5.12), соответствующий верхнему боковому лепестку модулированного сигнала. На втором этапе модуляции осуществляется трансформация спектра уже этого сигнала. При этом алгоритм трансформации спектров сигналов в процессе модуляции остаётся неизменным: в результате модуляции образуются верхний и нижний боковые лепестки соответственно выше и ниже несущей частоты 100кГц. Окончательно на выходе канала спектр сигнала инвертированный, так как верхняя боковая полоса подавляется вторым полосовым фильтром. Отметим, что в схеме на рисунке 5.12 в качестве полосовых фильтров могут использоваться сравнительно несложные и недорогие LC-фильтры.