8.2Повышение помехоустойчивости чм сигналов при применении частотных демодуляторов

Прежде чем рассматривать вопрос о возможности повышения помехоустойчивости при приеме частотно-модулированных сигналов, в первую очередь необходимо рассмотреть спектр шума, принимаемого вместе с сигналом. Для этого спектр шума удобно представить в виде его составляющих, находящихся на частотной оси в полосе пропускания тракта ПЧ и отстоящих от несущей на + и - (рис. 8.3,а).

Из рис. 8.3,б видно, что наибольший вклад в шумовую мощность Nf дают те составляющие шума на выходе дискриминатора, которые расположены относительно далеко от "нулевой" частоты (от немодулированной несущей) на частотной оси. Спектральная плотность шума на выходе дискриминатора при отклонении от "нулевой" частоты растет пропорционально квадрату частоты. В тоже время мощность сигнала телевизионного изображения падает с ростом частоты. Основная мощность видеосигнала сосредоточена в поло- се от 10 Гц до 2 МГц и, убывая, "дотягивается" до 5...6 МГц

Частотная полоса, занимаемая видеосигналом и ВЧ поднесущими звука (основная полоса), намного меньше полосы пропускания тракта ПЧ (рис. 8.2, в). Поэтому, если после дискриминатора, оставить только занимаемую полезным сигналом относительно узкую полосу, а остальную, более широкую, содержащую интенсивную часть шумов, не пропускать на выход, то можно таким образом повысить помехоустойчивость принятого сигнала: Nf3 <<Nf2<Nf1

У частотных демодуляторов различных типов это реализуется по-разному, но принцип остается один — повышение помехоустойчивости у них обеспечивается за счет сужения частотной полосы.

У традиционных частотных демодуляторов для этого после дискриминатора включаются ФНЧ для цепей видеосигнала и полосовые фильтры для выделения ВЧ поднесущих звука и составляющие шума, имеющие более высокие частоты, чем верхняя частота среза фильтра, подавляются и не попадают на выход.

У частотных демодуляторов повышение помехоустойчивости обеспечивается за счет сужения частотной полосы.

У демодуляторов следящего типа шумы уменьшаются также за счет сужения частотной полосы, но это уменьшение осуществляется с помощью цепи обратной связи, которая является неотъемлемой частью следящих демодуляторов, в состав которых также включаются фильтры.

8.3Параметры и помехоустойчивость частотных демодуляторов

Частотные демодуляторы характеризуются мощностью шумов, т.е. отношением сигнал\шум (S\Nf1) на выходе демодулятора к несущая/шум (G\Nf2) на его входе:

B=S\N f1:C\N f2

Уровень мощности сигнала на выходе демодулятора определяется после относительного ослабления высоких частот (демфазиса). Мощность шумов измеряется после взвешенного визометрического фильтра, у которого амплитудно-частотная характеристика учитывает и влияние шумов различных частот на качество цветного изображения и особенности зрения при восприятии шумов в видео-спектре от 10,2 кГц до 6,0 МГц.

Визометрический фильтр стандартизирован (с постоянной времени 245 нс) и относится к измерителю мощности шума, хотя в тракт прохождения сигнала не входит.

Приведенное отношение называется также выигрышем

Оно показывает, во столько раз на выходе частотного демодулятора уровень сигнала повышается относительно уровня несущей, подаваемой на вход демодулятора.

Выигрыш можно рассчитать и по формуле:

В = 3/2 (

где Fмод — модулирующая частота; ∆f— максимальное изменение частоты несущей от своего первоначального значения (девиация частоты); ∆fш — шумовая полоса частотного тракта до демодулятора, равная частотной полосе пропускания тракта промежуточных

частот; m — индекс модуляции: отношение максимального изменения частоты несущей (девиации) к частоте модулирующего сигнала (∆f /F).

Индекс модуляции, как видно, повышается с понижением модулирующей частоты. Реальный телевизионный видеосигнал содержит множество разных частот, в том числе и самые низкие. Так как на экране телевизора часто появляются неподвижные детали изображения, больших площадей, например, футбольное поле (что

соответствует очень низким частотам), то индекс модуляции приобретает высокие значения. Это приводит к расширению спектра ЧМ-сигнала и занятию широкой частотной полосы. Максимальное ее '' значение равно удвоенной девиации частоты (2М).

Зависимость (8.1) имеет линейный характер, — по мере уменьшения отношения несущая\шум на входе демодулятора пропорционально уменьшается и отношение сигнал/шум на выходе. Однако линейность здесь сохраняется только до определенной точки— порога. После пороговой точки линейность нарушается из-за резкого уменьшения значения отношения сигнал/шум на выходе.

Явление резкого уменьшения отношения сигнал/шум на выходе демодулятора, т. е. отклонение от линейной зависимости, называется его порогом.

Рассматривая понятие "порог", различают в основном три области работы частотного демодулятора:

- область, в которой отношение несущая/шум имеет на входе достаточное значение — около 14 дБ;

- надпороговую область (рис. 8.4);

- пороговую область, когда отношение несущая/шум, уменьшаясь, приближается вплотную к пороговой точке.

При приеме телевизионных программ с разных спутников уровень ППМ не постоянен, а изменяется, и отношение несущая/шум может попадать в любую рассматриваемую область. Это сказывается на отношении сигнал/шум на выходе демодулятора и, следовательно, на качестве изображения на экране телевизора.

При высоком значении отношения несущая/шум прием ведется без помех, так как сигнал полностью подавляет шумы. При работе в этой области обеспечивается хорошее качество изображения и звука.

Если отношение несущая/шум попадает в надпороговую область, то характер шума на выходе частотного демодулятора существенно изменяется. Сначала появляются редкие случайные импульсные выбросы шума, что увеличивает заметность шума на экране телевизора, которая проявляется на изображении как муар или дымка, а в канале звука прослушивается шипение.

При дальнейшем уменьшении отношения несущая\шум (при смещении его в пороговую область) интенсивность шума растет. Вся шумовая частотная полоса приобретает импульсный характер и полезный сигнал исчезает в шуме — шум забивает сигнал.

Пороговый шум на экране телевизора заметен как редкие, но яркие, белые или черные короткие штрихи, а в канале звука прослушиваются отдельные громкие щелчки. Из-за большого уровня шума принимать телепередачи в таких случаях затруднительно или вовсе невозможно.

Поскольку шум — процесс случайный и его случайные максимальные выбросы во много раз превышают средний уровень, то уже тогда, когда средняя мощность шума меньше мощности сигнала на 1 О... 1 2 дБ, становится существенным влияние шума на видеосигнал, и делает его весьма заметным на экране телевизора. Порог наступает, если выбросы шума достигают уровня частотно-модулированной несущей. При больших значениях отношения несущая/шум наблюдается эффект подавления шума сигналом. Сигнал подавляет шумы пока последние малы, но шумы превышающие сигнал, в свою очередь подавляют его. Поэтому важно увеличивать отношение сигнал/шум, чего можно добиться увеличением индекса модуляции, что приведет к повышению выигрыша В. Однако повышение индекса модуляции здесь помогает отчасти, так как с увеличением его необходимо расширять частотную полосу канала приема/передачи что, во-первых, снижает пропускную способность выделенного частотного диапазона, а, во-вторых, увеличивает уровень шума на входе демодулятора, так как шум "собирается" с более широкой частотной полосы.

Это указывает на нецелесообразность иметь очень высокий индекс модуляции. Значение его для передач со спутников НТВ выбрано в пределах m=3...5, и является оптимальным для ретрансляции большинства телевизионных изображений.

Для сигналов со спутников ФСС значение индекса модуляции несколько выше и поэтому полоса частотного канала для них шире.

Демодуляционный порог традиционных демодуляторов типа orраничитель-дискриминатор получается не ниже 11 дБ (при условии сохранения стандартной в 27 Мгц ширины частотной полосы перед демодулятором).

На рис. 8.5 показаны отношения видеосигнал/шум для трех различных типов демодуляторов. Наглядно видно, что приведенные зависимости имеют линейный характер только до пороговых точек (вид зависимостей показан для приема со спутников НТВ, т.е. для полосы 27 МГц). Эти типы демодуляторов отличаются друг от друга значением порога.

При значении отношения несущая/шум на входе демодулятора 14 дБ (точка А), что соответствует рекомендациям ВАКР, предусматривающим получение качественного изображения, отношение видеосигнал/шум на выходе практически не зависит от применяемого типа демодулятора.

Это значит, что при большом уровне несущая(шум обычные традиционные частотные демодуляторы полностью реализуют потенциальную помехоустойчивость приема частотно-модулированного сигнала. В этой области демодуляторы с ФАПЧ и другие типы следящих демодуляторов преимуществ перед ними не имеют. Преимущества их проявляются при работе в области, близкой к демодуляционному порогу, в над пороговой области, т.е. в более сложных условиях приема.