Инфком. СиС -2013 / ЛЕКЦИИ +ПЗ ИкСиС-2013 / Лекции. СИСТЕМЫ И СЕТИ / Лекция3

Лекция №3

Тема №1: Передача непрерывных сообщений (продолжение)

Тема лекции: Передача непрерывных сообщений

СИГНАЛАМИ С БАЛАНСНОЙ И

ОДНОПОЛОСНОЙ модуляцией

Введение

Основной недостаток АМ сигналов - это их энергетическая и частотная избыточность. Устранение данного недостатка позволят более эффективно использовать энергию сигнала и, как следствие повысить, помехоустойчивость приема.

3. Двухполосная модуляция с подавленной несущей

С целью рационального использования энергии в АМ сигнале необходимо устранить энергетическую избыточность, т. е. подавить несущую составляющую на частоте f_o со средней мощностью , которая не несет полезной информации. При этом в спектре АМ сигнала останутся лишь боковые полосы (рис.1.3).

Модуляция такого рода называется двухполосной с подавленной несущей. Обычно она реализуется на основе балансного модулятора, поэтому сигнал с такой модуляцией часто называют еще сигналом с балансной модуляцией (БМ). В соответствии с (1.1) для такого сигнала можно записать аналитическое выражение

Ширина спектра сигнала с БМ равна ширине спектра АМ сигнала

Поскольку несущая при БМ отсутствует, то огибающая БМ сигнала по своей форме не соответствует передаваемому сообщению и схема приема с АД для такого сигнала не применима. При приеме БМ сигналов используется синхронный детектор. Обобщенная структурная схема канала связи с БМ приводится на рис.1.8.

Рис.1.8. Обобщенная структурная схема канала связи с балансной модуляцией

Сформированный в балансном модуляторе (БМ) сигнал S_бм(t,) выдается в линию связи (ЛС), в которой на передаваемый сигнал воздействует помеха X(t). Оценка сообщения формируется синхронным детектором приемника, на входе которого имеет место наблюдение (t).

“Обобщенный выигрыш” по помехоустойчивости приема БМ сигналов значительно выше, чем у АМ сигнала (при передаче речевого сообщения в 10 раз):

Недостатки БМ сигнала - это: сохраняющаяся, как и при АМ, частотная избыточность; необходимость формирования при синхронном детектировании опорного колебания синфазного с опорным колебанием на передающей стороне и, как следствие, сложность практической реализации приема.

1.4. Однополосная модуляция

Сигнал с однополосной модуляцией (ОМ) получается подавлением в спектре АМ сигнала одной из боковых полос и несущей. Такой вид модуляции позволяет использовать 100% мощности радиосигнала для передачи непрерывного сообщения при сокращении занимаемой полосы частот по сравнению с АМ и БМ сигналами вдвое.

Существует ряд методов формирования сигнала с ОМ. Основные из них - это фильтровой и фазокомпенсационный методы формирования.

Фильтровой метод поясняется схемой приведенной на рис.1.9 и основывается на выделении одной из боковых полос БМ сигнала полосовым фильтром (ПФ). Полоса пропускания ПФ согласована с шириной спектра сообщения (t).

Рис.1.9. Фильтровой метод формирования ОМ сигнала

Серьезным недостатком фильтрового метода формирования ОМ сигналов является необходимость применения фильтров с высокой добротностью.

Фазокомпенсационный метод формирования ОМ сигналов основывается на возможном его представлении в виде суммы (разности) двух БМ сигналов, у которых спектральные составляющие одной из боковых полос находятся в противофазе

Здесь М_а - крутизна характеристики амплитудного модулятора, t связано с t преобразованием Гильберта:

Преобразователь Гильберта представляет собой идеальный фазовращатель на   2. В этом можно убедиться на примере преобразования сообщения вида , для которого . При этом учитывается, что

Схема устройства реализующего фазокомпенсационный метод формирования ОМ сигнала представлена на рис.1.10. Полное подавление одной из боковых полос БМ сигнала обеспечивается при выполнении двух условий:

1). точном повороте в ветви 2 фаз всех спектральных составляющих первичного сигнала (t) и колебания опорной частоты на угол    по отношению к ветви 1;

2). при строгой симметрии ветвей 1 и 2, т. е. при равенстве в них затуханий и фазовых сдвигов.

Рис.1.10. Схема фазоразностного формирователя ОМ сигнала

Процесс формирования спектров ОМ сигнала с нижней боковой полосы (НБП) и верхней боковой полосы (ВБП) - в устройстве, схема которого приведена на рис.1.10 поясняется на рис.1.11.

Рис.1.11. Процесс формирования ОМ сигналов на основе фазоразностного метода

Широкополосный фазовращатель, с высокой точностью поворачивающий фазу всех спектральных составляющих сообщения на угол   , реализовать сложно. Поэтому на практике чаще применяют фильтровой метод формирования ОМ сигналов.

Прием ОМ сигнала реализуется на основе синхронного детектора, в котором опорный сигнал формируется автономно или из пилот-сигнала (ПС) передаваемого вместе с одной из боковых полос. В последнем случае выражение (1.13) для ОМ сигнала включает в себя ПС B_ocos[_ot + (t)]

С учетом этого могут применяться схемы приема с автономным генератором опорного сигнала (автономный метод) и с фазовой автоматической подстройкой частоты (ФАПЧ). Эти схемы приведены на рис.1.12, а и б соответственно.

а) автономный метод приема

б) схема приема с ФАПЧ

Рис.1.12. Схема приема ОМ сигналов

В схеме с ФАПЧ сигнал на выходе фазового детектора (ФД) содержит составляющую рассогласования по фазе между ПС и сигналом с подстраиваемого генератора (ПГ), которая синхронизирует частоту ПГ с частотой ПС. Уровень ПС не зависит от громкости (мощности передаваемого сообщения), а только от условий распространения радиосигнала в линии связи, что позволяет продетектированный ПС использовать в целях автоматической регулировки усиления (АРУ). Однако использование ПС только в целях АРУ энергетически невыгодно.

Схемы с ФАПЧ в сравнении с автономным методом приема обеспечивают более точное формирование частоты опорного сигнала и, как следствие, более качественный прием ОМ сигналов. При приеме реальных речевых сообщений, из-за особенностей человеческого слуха, требования по восстановлению несущей снижаются. Поэтому возможно обеспечение достаточно качественного автономного приема даже при расстройке частоты опорного сигнала относительно f_o в 300...400 Гц.

В схеме приема ОМ сигналов происходит линейный перенос спектров радиосигнала и помех в область звуковых частот. Поэтому форма спектра сигнала и форма спектра помехи на входе схемы приема и ее выходе совпадают. В идеальном случае q_вх=q_вых и, следовательно, “обобщенный выигрыш” по помехоустойчивости

Вывод: В сравнении с АМ сигналом БМ и ОМ сигналы обладают более высокой помехоустойчивостью. Это достигается устранением при БМ энергетической избыточности АМ сигнала и его частотной избыточности при ОМ. Однако существенным недостатком сигналов с БМ и ОМ является необходимость использования для реализации их приема синхронных детекторов, что существенно усложняет приемные устройства.