Сигналы с частотной манипуляцией

Аналитическое выражение для частотно-манипулированного сигнала имеет вид:

Частота со{ может принимать М дискретных значений, а фаза является произвольной константой. При переходе от тона к тону (изменение со{) может происходить скачкообразное изменение фазы сигнала в моменты времени кратные Т. Однако, существует специальный вид ЧМн без разрыва фазы. Привлекательным свойством сигналов с ЧМн является то, что такие сигналы могут быть ортогональными, т.е. их взаимная энергия при / Ф у равна нулю: . Это позволяет реализовать сравнительно

высокую достоверность передачи информации в системах с М-размерными сигналами. Однако, не все системы с ЧМн относятся к ортогональным. Критерий ортогональности накладывает определённые условия на взаимное размещение частот щ.

Когерентный прием

Структура оптимального когерентного демодулятора сигналов с ЧМн такая же, как и для сигналов с ФМн (см. рис.4.8), поэтому подробно останавливаться на рассмотрении структуры когерентного демодулятора не будем. Однако следует отметить, что использование многоразмерных сигналов с ЧМн требует значительных полос канала связи, а сохранение фазовой когерентности сигналов при скачках частоты является нелегкой задачей. Поэтому в таких системах обычно применяется некогерентная демодуляция.

Некогерентный прием

Схему демодулятора для некогерентного приема сигналов с ЧМн можно реализовать в виде совокупности квадратурных каналов, каждый из которых настроен на одну из тональных частот со, рис.4.23,а.

Некогерентный демодулятор ЧМ сигналов

Рис.4.23. Некогерентный демодулятор ЧМН сигналов: а - на квадратурных каналах, 6- на согласованных фильтрах; (•) - устройство возведения в квадрат, Ф; - согласованный фильтр, Д - амплитудный детектор, РУ - решающее устройство

Однако, существует и другая возможность реализации некогерентной демодуляции сигналов ЧМн. В этом случае используется полосовые фильтры, согласованные с сигналами 5/(0* За этими фильтрами устанавливаются детекторы огибающей Дг (рис.4.23,б). (Напомним, что фильтр считается согласованным сигналом ?(/), если его частотная характеристика //(/) является величиной, комплексно сопряженной со спектром сигнала ?(/), т.е.: //(/) = А • ?*(/), где А - произвольная константа, * - символ комплексносопряженной величины).

Как известно, сигнал длительностью Т на выходе согласованного с ним фильтра даетмаксимальное отношение мощности сигнала к мощности шумов |, где Е0 - энергия сигнала на входе фильтра, N0 -

спектральная плотность мощности шумов на входе фильтра. Такое же отношение получается и на выходе коррелятора в момент окончания сигнала. Поэтому устройства в виде коррелятора и согласованного фильтра эквивалентны в смысле указанного критерия.

Расстояние между тонами при передаче сообщения методами ЧМн

Частотная манипуляция обычно реализуется как ортогональная передача сигналов. При этом, если передан сигнал на частоте /ь квадратурные каналы, настроенные на другие частоты, дают нулевые отклики. Ортогональность между сигналами с частотами ох и со2 обеспечивается при некогерентной обработке, когда сигналы разделены по частоте расстоянием, кратным величине 1/7Тц. Это утверждение следует из соотношения:

где

Первый квадратурный канал в системе передачи информации настроен на прием сигналов с тональной частотой последний - на прием сигналов с тональной частотой соі (рис.4.23).

Принятый сигнал Sf(t) = cos (cOjt + p) можно разложить на две ортогональные компоненты (Sj)B и {Sj)H (рис.4.24.), одна из которых синфазна с вектором опорного сигнала Uс, а другая - с вектором опорного сигнала Us.

Разложение вектора 5) на квадратурные компоненты

Рис.4.24. Разложение вектора 5) на квадратурные компоненты

На выходе верхнего плеча /-го коррелятора, согласованного по частоте с сигналом ?,(/), имеем , а на выходе нижнего плеча /-го

корректора - . На выходе /-го квадратурного канала сигнал

9 9

равен 21 - 5) . Откуда следует, что демодулятор не требует синхронизации по фазе опорных и принятых сигналов. На конечном этапе демодуляции сигналов выбирается тот сигнал Я; (?), напряжение на выходе коррелятора которого максимально.

При когерентной демодуляции расстояние между сигналами находится из уравнения (4.21), если положить ф = 0. В этом случае можно утверждать, что минимальное расстояние по частоте между любой парой сигналов ЧМн при когерентной демодуляции должно быть кратно 1/2Г, т.е. когерентная передача более эффективно использует полосу частот.

На рис.4.25 и 4.26 приведены модули спектров двух соседних сигналов ЧМн на частотах /! и /2 при некогерентной и когерентной демодуляциях соответственно.

Минимальное расстояние между частотами при ортогональной передаче сигналов с ЧМн и некогерентной демодуляцией

Рис.4.25. Минимальное расстояние между частотами при ортогональной передаче сигналов с ЧМн и некогерентной демодуляцией

Минимальное расстояние между частотами при ортогональной передаче сигналов с ЧМн с когерентной демодуляцией

Рис.4.26. Минимальное расстояние между частотами при ортогональной передаче сигналов с ЧМн с когерентной демодуляцией

Ширина полосы частот, отводимая для передачи сообщения методами ЧМн

Требования к полосе частот, отводимой для передачи сообщения методами ЧМн, связаны со спектральным расстоянием между сигналами. Когда мы говорим о ширине полосы частот, то подразумеваем полосу частот достаточную для передачи сообщения. Будем полагать, что для передачи тонального сигнала длительностью Т требуется полоса частот 1 !Т. Тогда общая полоса частот канала передачи равна расстоянию по частоте между тональными сигналами с наибольшей и меньшей несущими частотами плюс половина ширины спектра тонального сигнала (с левой и правой сторон). Распределение тоновых частот приведено на рис.4.27.

Распределение тоновых частот по диапазону частот

Рис.4.27. Распределение тоновых частот по диапазону частот: а - некогерентный прием, б - когерентный прием

Из рис.4.27 следует, что при некогерентном приеме М-размерного сигнала общая полоса частот ЛF равна , а при когерентном приеме эта полоса составит

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >