Общие сведения об однополосной модуляции

Как следует из предшествующегораздела, при амплитудной модуляции информация о передаваемом сигнале содержится в обеих боковых полосах. Соответственно спектр высокочастотного сигнала с АМ занимает удвоенную, по сравнению с информационным сигналом, полосу частот.

Поскольку вся передаваемая информация содержится в каждой боковой полосе, естественно было отказаться от передачи двух боковых и перейти на работу с одной боковой полосой. Так родилась идея однополосной модуляции (ОПМ).

Рассмотрим особенности однополосной модуляции. Исходный информационный сигнал (например, звуковой) может быть записан, в общем виде, следующим образом

uΩ(t)=UΩ(t)cosφ(t) (8.1)

Соответствующий ему сигнал с АМ принимает вид

u(t)=U[1+m(t)]cosωt (8.2)

Здесь m(t) – коэффициент модуляции (8.3)

k - крутизна характеристики амплитудного модулятора.

Разложим (8.2) на составляющие

u(t)=Ucosωt+ 0,5U·m(t)cos[ωt- φ(t)]+ 0,5U·m(t)cos[ωt+ φ(t)]

и выделим «верхнюю» боковую полосу, положив в (8.3) k=2. Тогда однополосный сигнал может быть представлен в следующем виде

uО(t)=UΩ(t)cos[ωt+ φ(t)] (8.4)

Сравнивая (8.1) с (8.4), можно сделать вывод, что верхняя боковая полоса представляет собой, перенесённый на частоту несущей (ω), исходный информационный сигнал.

Согласно (8.4) однополосный сигнал, в общем случае, представляет собой колебание модулированное по амплитуде и фазе. Для приёма такого сигнала необходим специальный приёмник, т.к. амплитуда однополосного сигнала не повторяет информационный сигнал uΩ(t), а лишь отражает его амплитуду UΩ(t) (громкость).

Сравним АМ и ОПМ по величине необходимой мощности передатчика, при условии, что приёмники имеют идентичные параметры, и уровни принятых сигналов равны. Согласно (7.6) пиковая мощность АМ передатчика при m = 1 равна Р1макс(АМ) = 4Р1Т, а амплитуда принятого информационного сигнала пропорциональна сумме амплитуд боковых частот

UΩП=G·mU=GU. (8.5)

Для того, чтобы при однополосной модуляции выполнялось условие (8.5), необходимо увеличить амплитуду боковой частоты вдвое по сравнению с боковыми при АМ. В этом случае для m = 1, максимальная мощность однополосного передатчика Р1макс(ОПМ) = Р1Т.

Итак, переход на однополосную работу позволяет, при одном и том же качестве радиосвязи, уменьшить пиковую мощность передатчика в 4 раза. Это достоинство ОПМ реализуется при любых условиях распространения радио волн. Если же сигнал на входе приёмника поражен шумами, то переход на однополосную работу позволяет в два раза сократить полосу приёмника и соответственно уменьшить мощность принимаемых шумов. При этом вдвое увеличится отношение сигнал/шум по мощности, что равносильно увеличению мощности передатчика в два раза. Таким образом, при одинаковом качестве принимаемых сигналов пиковая мощность однополосного передатчика может быть в 8 раз меньше мощности АМ передатчика.

При наличии селективных замираний, которые приводят к перекосу спектра АМ сигнала и нелинейным искажениям передаваемого сообщения, сокращение полосы однополосного сигнала существенно снижает вероятность искажений такого вида. Практика использования ОПМ показала, что эта особенность также эквивалентна увеличению мощности передатчика в два раза. Таким образом, переход на однополосную работу, в случае неблагоприятных условий распространения сигналов, может дать 16 – кратный выигрыш по мощности передатчика.

Сокращение полосы сигнала при ОПМ позволяет увеличить объем передаваемой информации за счёт размещения второго однополосного канала в пределах прежней полосы, либо увеличить скорость передачи информации, используя всю полосу, занимаемую АМ сигналом.

Следует отметить и ещё одну особенность ОПМ. Поскольку однополосный сигнал формируется в возбудителе, передатчик с ОПМ работает как усилитель модулированных колебаний в ННР. На рисунке 8.1 представлены статические модуляционные характеристики (СМХ) усилителя для потребляемого тока и к.п.д.. При передаче звуковых сигналовмаксимальные уровни модуляции встречаются достаточно редко. В среднем коэффициент модуляции т составляет 30 – 50 %. Поэтому основная рабочая область СМХ при АМ сосредоточена вблизи режима несущей (телефонной точки). При ОПМ, в режиме молчания, передатчик практически запирается, поэтому рабочая область статических модуляционных характеристиках смещается к началу координат (см. выделенные области на рисунке 8.1).

Рисунок 8.1 – Статические модуляционные характеристики

В результате мощность, потребляемая усилителем при ОПМ, существенно уменьшается.

К числу недостатков ОПМ следует отнести

· Необходимость специального однополосного приёмника, в котором для извлечения информации приходится восстанавливать несущую частоту. Для упрощения приёмника информацию о несущей частоте передают пилот-сигналом, который обычно представляет собой ослабленную до 3 ÷ 70% несущую в зависимости от условий распространения сигнала. В приёмнике пилот-сигнал используется для синхронизации внутреннего гетеродина.

· Высокие требования к линейности усилительного тракта при многоканальной работе. Нелинейность усилителя приводит к расширению спектра сигнала и возникновению переходной помехи из канала в канал.

· Низкий к.п.д. усилителя в рабочей области СМХ (см. рисунок 8.1).