2.5. Спектры модулированных сигналов

Ключевым вопросом выбора конкретного вида модуляции является ширина спектральной полосы, занимаемой модулированным сигналом.

Для примера рассмотрим сигнал , передаваемый с использованием амплитудной модуляцией:

.

Если разложить сигнал на гармонические составляющие, то получим:

.

На рис. 2.14 изображен сектор сигнала и модулированного сигнала.

а) б)

Рис. 2.14. Спектры: а) – исходного сигнала; б) – модулированного сигнала

В случае более сложного сигнала спектры будут выглядеть следующим образом (рис. 2.15).

а) б)

Рис. 2.15. Спектры: а) – исходного сигнала; б) – модулированного сигнала

Как не трудно заметить, полоса частот модулированного сигнала равняется удвоенной полосе частот исходного сигнала , где– номер максимальной, существенной для описания первичного сигнала гармоники. Для случая, представленного на рис. 2.15,и соответственно полоса модулированного сигнала равна.

Спектральное представление модулированных сигналов при использовании частотных и фазовых видов модуляции значительно сложнее и могут быть получены численным образом при использовании преобразования Фурье (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Сигналы и спектры сигналов с использованием частотных и фазовых модуляций: а – первичный сигнал, б – частоно–модулированный сигнал, в – фазо–модулированный сигнал

Как нетрудно заметить из рис. 2.14 и 2.16, значительное количество энергии расходуется на передачу заранее известной получателю несущей, семеричные половины спектра амплитудно–модулированного сигнала, так же несут одинаковую для получателя информацию. Все это привело к появлению балансных видов модуляции. Спектры балансных видов модуляции показаны на рис. 2.17.

а) б)

Рис. 2.17. Спектры сигналов с верхней (а) и нижней (б) балансной модуляцией для первичного сигнала представленного на рис. 2.15.а

Непосредственная аппаратная реализация балансной модуляции требует значительных ресурсов, по этому как правило сигналы с балансной модуляцией получаются подавлением верхних или нижних лепестков амплитудно – модулированного сигнала (штриховые линии на рис. 2.17) и несущей. Схема реализации верхней балансной модуляции с помощью фильтра приведена на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Реализация верхней балансной модуляции на основе фильтра

Сигнал с нижней балансной модуляцией получается аналогично.

2.6. Многоканальные системы связи

Подавляющее большинство систем связи является многоканальными, то есть по одной физической линии с помощью различных устройств уплотнения передаются несколько сигналов.

Пример реализации многоканальной системы связи с уплотнением сигналов приведен на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Многоканальная система с уплотнением сигналов

Для иллюстрации работы системы уплотнения приведем пример передачи двух сигналов и, спектры которых (и), приведены на рис. 2.20.а и 2.20.б. Используется амплитудная модуляция с несущими частотамии. Спектр сигнала на выходе аппаратуры уплотнения приведен на рис. 2.20.в.

а) б)

в)

Рис. 2.20. Спектры сигналов и спектр сигнала на выходе аппаратуры уплотнения

Для успешного последующего разделения сигналов необходимо, что бы частотные полосы сигналов ине пересекались между собой, что достигается разносом частот несущих для модуляциии, а так же что бы данные частотные диапазоны были в пределах полосы пропускания канала связи.

Для разделения принятых сигналов в схеме на рис. 2.19 используются полосовые фильтры, выделяющие требуемые спектральные составляющие. Выделенные сигналы поступают на декодеры, восстанавливающие первоначальный вид сигналов.

Наглядным примером уплотнения сигналов по частоте является одновременная работа двух телефонов по одной линии (второй телефон подключен по высокой частоте) или прием по кабельному телевидению сразу многих каналов, разнесенных по высокой частоте.

Кроме уплотнения по частоте, в системах связи используется уплотнение по времени. При временном уплотнении значения сигналов передаются по очереди в одном частотном диапазоне. Структурная схема многоканальной системы связи с временным уплотнением приведена на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Структурная схема многоканальной системы связи с временным уплотнением

Процессы в схеме представлены на рис. 2.22.

Рис. 2.22. Процессы в многоканальной схеме с временным уплотнением

Примером системы с временным уплотнением может служить АПРК Теллур, уже упоминавшийся в главе 1. Отрезки сигналов различных источников в аппаратуре временного уплотнения передаются интервалами по общему каналу. Для правильного приема сообщений необходимо обеспечить синхронизацию работы элемента распределения передатчика и приемника.