Состав фактически передаваемого спектра весьма сложен. В дополнение к каналам связи спектр содержит также оставшиеся несущие, пилот-сигналы, тональные и испытательные тональные сигналы, необходимые для контроля работающей системы.

Поскольку все вышеупомянутые каналы предназначены для передачи информации, необходимо принимать меры по ограничению искажений и сохранению минимального уровня интермодуляционного шума. Эти факторы уменьшают пропускную способность каналов при передаче информации. В этой главе рассматриваются теория работы и методы измерений, необходимые для поддержания работоспособности существующих систем связи с частотным уплотнением.

9.2. ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ЧМ)

Частота ЧМ-сигнала изменяется пропорционально амплитуде информационного сигнала со скоростью, определяемой его частотой. На

27 = 0,5

Рис. 9.1 Форма частотно-модулированного сигнала

Рис. 9.2. Спектры частотно-моду-лироваииых сигналов с одинаковой Af„ и различными индексами модуляции

27 = 70

рис. 9.1 синусоидальная несущая частотно-модулирована синусоидой более низкой частоты. Модуляция более сложным сигналом осуществляется по существу так же.

Отношение девиации частоты несущей Д/Н.ч к частоте модуляции

/мод называется индексом модуляции D;

В системах с частотной модуляцией индекс модуляции определяет ряд важных факторов. С одной стороны, он указывает на точность передачи информации. Отношение сигнал/шум .(С/Ш) па выходе ЧМ-демодуля-тора определяется как

(С/Ш)вых = Кз~(С/Шд.ш) D3/2,(9.2)

где Шд.ш - действующее значение напряжения шума, измеренное в интервале 2Д/н.ч, а С - действующее напряжение сигнала. Если индекс модуляции D удваивается, отношение (С/Ш)вЫХ возрастает в 2,83 раза, если утраивается, оно увеличивается в 5,2 раза.

Эффект возрастания индекса модуляции можно увидеть на примере спектра (рис. 9.2). Частотный спектр состоит из спектральной линии центральной частоты с боковыми полосами частот с каждой стороны. Расстояние между боковыми полосами точно равно частоте модуляции /мод. Число боковых полос в ЧМ-спектре теоретически не ограничено. Амплитуда наиболее важных боковых полос и расстояние до них должны быть такими, чтобы они не вызывали искажений передаваемого сигнала. Приближенным правилом, которому должна подчиняться ширина полосы (ШП, Гц) для выполнения этого условия, является

ШП«2(/Н.Ч + /М0Д).(9.3)

При возрастании D увеличивается и (С/Ш)вых. Из рис. 9.2 мы видим, что при увеличении возрастает количество важных боковых полос, тогда как амплитуда их уменьшается. Следовательно, это выражается в более равномерном, а значит, и более эффективном распределении ЧМ-сигнала по ширине полосы частот.

9.2.1. ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ЧМ/ЧМ)

Показанный на рис. 9.2 спектр является ЧМ-спектром, получающимся при модуляции синусоидальным сигналом. Если выходные сигналы нескольких генераторов, управляемых напряжением (ГУН), суммируются, получаемый сложный сигнал используется для модуляции передатчика. При этом получается значительно более сложный ЧМ-спектр. Спектр выходного сигнала каждого ГУН соответствует показанному на рис. 9.2. Общий индекс модуляции D является композитом всех отдельных индексов.

9.2.2. ПРЕДЫСКАЖЕНИЯ ПОДНЕСУЩЕИ

Основной характеристикой системы связи является отношение сигнал/шум (С/Ш). Можно показать, что в ЧМ-системах при наличии равномерного шумового спектра (белого шума) помехи, вызванные этим шумом, возрастают по квадратичному закону при возрастании частот поднесущих. Поднесущая - это сигнал на частоте, которая ниже окончательной выходной частоты. Такой сигнал модулирован только частью выходной информации, поднесущими являются частоты 730, 560 и 400 Гц. В каналах, ширина полосы которых пропорциональна соответствующей центральной частоте, помехи возрастают пропорционально степени 3/2 мощности поднесущих.

При низких поднесущих частотах это обстоятельство несущественно. На более высоких оно несправедливо. Практически, если отношение С/Ш для всех каналов должно быть одинаково, необходимо увеличивать высокочастотную мощность поднесущих иа более высоких частотах. Эти каналы должны быть с предыскажениями порядка 9 дБ иа октаву, чтобы исключить увеличение шума в степени 3/2. В существующих системах такое распределение предыскажений соблюдается не совсем точно из-за нелинейности передатчиков и приемников. Доля высокочастотной мощности, предназначенной отдельному каналу, зависит от индекса модуляции. Поэтому большинство изготовителей предусматривают регулировку выходных сигналов ГУН. Однако подобные регулировки следует выполнять с осторожностью, поскольку, если в канале предыскажения окажутся слишком сильными, его спектр может пере-: крыть спектр соседнего канала. Кроме того, при перевозбуждении усилителей, передатчиков или других цепей могут возникнуть интермодуляционные искажения.

9.2.3. ПОРОГОВЫЙ УРОВЕНЬ НЕСУЩЕЙ И ВЫИГРЫШ В КОЭФФИЦИЕНТЕ ШУМА В ЧМ-СИСТЕМЕ

Одной из причин предпочтения, отдаваемого при радиопередаче частотной модуляции по сравнению с амплитудой, является лучшее отношение сигнала к шуму. Векторная диаграмма ЧМ-сигнала с шумом при ведена иа рис. 9.3. Величины а и б представляют сигнал и шум соответ ственно на входе приемника. Оба вектора а и б вращаются со скоростью, соответствующей их частоте, вокруг начала координат. • Результи рующий вектор в является суммой векторов а и б. Отметим, что в имеет максимальную и минимальную амплитуду, а+б и а-б соответственно. Изменения амплитуды в приемнике ограничиваются. Скорость изменения угла Ф и есть полная эффективная частота модуляции.

Влияние б на в становится заметным только, когда отношение а/б достигает 1, т. е. когда амплитуды сигнала и шума равны. Когда б*