double arrow

Частотная модуляция (ЧМ)


Если для передачи сообщений используется переменный ток, в качестве импульсного признака может быть использована его частота. ЧМ представляет собой процесс изменения несущей частоты (переносчика) в соответствии с передаваемым сообщением. Если модулирующая функция f(t) непрерывна, то частота сигнала изменяется по закону:

ω = ω0 + ∆ω f(t), (2.4)

где ω0 – несущая частота;

∆ω- максимальное изменение частоты модуляции (девиация).

Знак изменения несущей зависит от второго слагаемого выражения (2.4) - ∆ωf(t). Он может быть как положительным, так и отрицательным – при «наложении» сообщения на переносчик частота может как возрастать (+∆ω), так и уменьшаться (-∆ω). Характер изменения несущей определяет (назначает) разработчик системы в зависимости от того, какие частоты приняты для передачи «0» и «1». В примере, приведенном на рис 2.10, в результате наложения модулирующего сигнала f(t) = «1» на переносчик (б) частота несущей уменьшается; при f(t) = «0» - остается неизменной.

Рисунок 2.10 Исходный код, несущая и сигнал ЧМ

Для передачи сообщений, представленных в виде двоичных кодов, достаточно двух частот. Одна частота используется для передачи элемента сигнала, имеющего значение логического "0", другая – "1" (рис. 2.10). Определение значений частотного признака на приемной стороне, а значит и качества принятого импульса (0 или 1) осуществляют частотные детекторы. При ограниченном количестве рабочих частот в качестве детекторов могут применяться фильтры или резонансные контуры, позволяющие четко различить частоты, используемые для передачи элементов сигнала (рис. 2.11).

Рисунок 2.11 Структурная схема устройств передачи/приема ЧМ сигналов

Двоичный код команды поразрядно с выхода шифратора поступает на модулятор, который в соответствии с принятым правилом построения сигнала при помощи электронного ключа ЭК осуществляет выбор частот f1 или f2 для последующего усиления и передачи в ЛС. На приемной стороне сигнал усиливается, а затем подается на колебательные контуры К1 и К2, настроенные на частоты f1 и f2 соответственно. Колебательные контуры совместно с выпрямителями В1 и В2 детектируют сигнал (определяют качество принимаемых импульсов) и поразрядно, по мере приема передают его (теперь уже в виде последовательности импульсов постоянного тока) в схему регистрации качества импульсов для последующей дешифрации.

Применение частотного признака предпочтительнее по сравнению с амплитудным: превращение одной частоты в другую вследствие изменения параметров линии, например, или по другой причине, маловероятно; сигналы можно передавать по любым линиям связи, в том числе и беспроводным; сигналы легко усиливать, дальность передачи при наличии усилителей, практически, не ограничена. Однако приемные устройства слабо защищены от помех, создаваемых соседними линиями связи, линиями электропередач, грозовыми разрядами или коммутационными процессам в контактной сети, если эти помехи в своем спектре содержат частоты, совпадающие с частотами заполнения импульсов телемеханического сигнала. Большая часть этих проблем решается оптимальным выбором и разносом рабочих частот, достаточно удаленных от основных частот помех и их гармонических составляющих, качественной фильтрацией, поэтому частотный признак является наиболее распространенным в системах передачи информации.

Фазовая модуляция (ФМ) представляет собой изменение фазы несущего колебания во времени в соответствии с модулирующим сигналом f(t): φ = φ0 + ∆φf(t), где φ0начальная фаза колебаний переносчика, ∆φ –предельное изменение фазы несущей. Т.е. при ФМ

і = Iм sin(ω0t+∆φf(t).

Сигнал, построенный с использованием фазовой модуляции, при ∆φ=π (180 градусов) и f(t)=(0, 1) представлен на рис. 2.12.

Рисунок 2.12 Исходный код, переносчик и сигнал ФМ

В приведенной на рис. 2.12, в) диаграмме применено следующее правило построения сигнала:

і = Iм sin(ω0t+π *1) = «1»,

і = Iм sin(ω0t+π*0) = «0».

Частотная и фазовая модуляция связаны с изменением угла несущей частоты: не бывает изменения фазы без изменения частоты, как и изменения частоты без изменения фазы. Разница между этими видами модуляции лишь в характере изменения угла. Поэтому во многом сходными являются и схемные решения, применяемые для построения приемопередающих устройств с ЧМ и ФМ (см. рис 2.11 и 2.13).

Рисунок 2.13 Структурная схема устройств передачи/приема ФМ сигналов

Двоичный код команды поразрядно с выхода шифратора поступает на модулятор, который в соответствии с принятым правилом построения сигнала при помощи электронного ключа ЭК осуществляет выбор источника сигналов с той или иной начальной фазой колебаний для последующего усиления и передачи в ЛС. На приемной стороне сигнал усиливается, а затем подается на фазовый детектор. Фазовый детектор путем сравнения информационного сигнала, принимаемого из линии связи, и опорного напряжения определяет качество принимаемых импульсов и поразрядно, по мере приема передает его (теперь уже в виде последовательности импульсов постоянного тока) в схему регистрации качества импульсов для последующей дешифрации.

Фазовый импульсный признак обладает высокой помехозащищенностью, что предопределяет его широкое использование в системах передачи информации.

Приведенные на рисунках 2.19, 2.11 и 2.13 схемы не претендуют на идентичность со схемами реальных устройств связи, реализующих те или иные виды модуляции – в настоящем учебном пособии они лишь иллюстрируют возможные методы решения известных задач.


Сейчас читают про: