Зависимость ширины спектра чм и фм от параметров модулирующего сигнала

ЧМК	ФМК
Несущая частота f Частота модулирующего сигнала F Амплитуда модулирующего сигнала Sm
Ширина спектра 2f = 2F(m+1) Девиация частоты fд = kчмSm Индекс m = fд/F	Ширина спектра 2f = 2F(m+1) Индекс m = kфмSm Девиация частоты fд = mF
Sm  F = const
fд  m  2f 	m  fд  2f 
Sm = const F 
fд = const m  2f  const	m = const fд  2f 

Из табл. 6.1 видно, что с увеличением динамического диапазона модулирующего сигнала ширина спектра как ЧМ, так и ФМ сигнала возрастает. Расширение частотного диапазона приводит к увеличению ширины спектра ФМ колебания.

Энергетические соотношения УМК легко получить.

Поскольку амплитуда сигнала с угловой модуляцией остается постоянной и равна U₀ , то средняя мощность тоже неизменна

Р_{ср ум} = Р₀ = U₀²/2.

Это означает, что выходные каскады радиопередатчиков с УМ могут работать в режиме "В" или "С" с наибольшим КПД. В процессе модуляции мощность перераспределяется между спектральными составляющими.

Отсюда преимущества УМК:

1. Хорошие энергетические характеристики.

2. Высокая помехоустойчивость.

3. Потенциально широкий частотный и динамический диапазон модулирующего сигнала.

4. Простота технической реализации.

5. Отсутствие ограничений на режимы работы выходных каскадов радиопередатчика.

Основной недостаток – большая полоса частот, занимаемая УМ-сигналом при больших индексах модуляции.

Отметим две разновидности УМК, принадлежащие к группе сложных сигналов (с большой базой): линейно-частотно-модулированный сигнал (ЛЧМ-сигнал) и сигнал с относительной фазовой манипуляцией (ОФМн-сигнал). Оба этих сигнала широко применяются в радиолокационных, телеметрических системах и системах телеуправления. Увеличение базы достигается введением сложных законов модуляции несущей: с переменной мгновенной частотой или фазой. База таких сигналов достигает значений 100 и более. Подробнее о ЛЧМ- и ФМ-сигналах см. в [2, 9].

Переходя к импульсной модуляции, рассмотрим сначала основные параметры импульсных сигналов. Пусть имеется периодическая последовательность, состоящая из импульсов s_и(t), следующих с периодом Т_п (рис. 6.8).

Основные параметры импульсной последовательности:

 амплитуда импульса U_max;

 активная длительность импульса t_и;

 время задержки t_з;

 скважность q = Т_п/ t_и;

 число импульсов на определенном временном (тактовом) интервале N.

Собственно отдельный импульс имеет дополнительные параметры: длительности фронта, вершины, спада и "хвоста" (t_ф, t_в, t_с, t_х).

Основные виды импульсной модуляции:

1. Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ): U_max  var.

2. Фазово-импульсная модуляция (ФИМ): t_з  var.

3. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ): q  var.

4. Кодово-импульсная модуляция (КИМ): N  var.

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 6.2. Пусть имеется кодовая последовательность 2-4-7-5-2-2-1. Необходимо передать ее по каналу связи с использованием импульсно-модулированных сигналов.

Решение.

Представим последовательность в двоичном виде (для этого достаточно трехразрядных кодовых слов):

010 100 111 101 010 010 001

В случае АИМ каждому значению будут соответствовать некоторое значение амплитуды равное nU_max, где n – кратный множитель (рис. 6.9).

При ФИМ временное кодовому слову соответствует определенное временное смещение импульса в пределах тактового интервала nt_з (рис. 6.10).

Простейшая реализация КИМ для BNC-кодирования была приведена на рис. 2.4.

При АИМ в простейшем случае весь динамический диапазон амплитуд делится на равные интервалы, соответствующие разрядности кодового слова (в нашем случае 7 интервалов). Амплитуда импульса на каждом тактовом интервале кратна значению кодового слова.

При простейшей реализации ФИМ амплитуда и длительность импульса остаются неизменными, а задержка относительно начала тактового интервала кратна значению кодового слова.

Для КИМ характерна взаимосвязь между числом импульсов на тактовом интервале и значением кодового слова.

Помимо рассмотренных простейших реализаций создано множество более сложных для специальных применений.

В табл. 6.2 приведено сравнение параметров различных видов импульсной модуляции при условии, что уровни исходного модулирующего сигнала равновероятны. Видно, что наилучшими свойствами обладает КИМ.

Таблица 6.2