Поле нагрузки транспортного модуля STM-1

Основное преимущество SSB по сравнению с АМ и FM - выигрыш в мощности полезного излучаемого сигнала, который составляет 9 дБ. По правилам принятым в России, и мощность несущей Си-Би радиостанции при АМ и FM видах модуляции и пиковая мощность при SSB модуляции не должны превышать отметки в 10 Вт. Тогда возникает вопрос, откуда берется выигрыш?

Так при SSB модуляции как несущая, так и одна из боковых полос не издает излучения, а это позволяет всю разрешенную мощность излучать одной боковой полосой. При АМ и FM мощность, излучающая полезную речевую информацию, составляет - 1,25 Вт, а при SSB — все 10 Вт. Отсюда можно сделать вывод, что при приеме SSB сигнала передатчика с пиковой мощностью 10 Вт слышимость будет аналогичной, как и при приеме АМ передатчика с мощностью 80 Вт!

Хотя преимущества SSB на этом не заканчиваются. Как АМ, так и FM станции излучают мощность несущей постоянно, не имеет значения, произносите ли вы перед микрофоном звуки, либо просто молчите. SSB станции не излучают ни малейшей мощности в паузах между словами. Это в свою очередь дает не только возможность экономить энергию, но также значительно облегчить режим выходного каскада передатчика, что предоставляет возможность получения дополнительных преимуществ в работе в перегруженном станциями канале. При применении АМ или FM модуляций включение более мощной станции полностью «давит» на более слабую, таким образом, прием становится невозможным, при использовании SSB в паузах между каждыми словами мощной станции слабая станция продолжает все равно местами прослушиваться. При этом появляется возможность не только следить за станцией, но также и улавливать еще и смысл сообщения. В таких случаях удается договориться о переходе на другую частоту. На практике практически всегда частоты мешающих станций имеют различия от принимаемой, именно поэтому в результате нарушения соотношений между частотными составляющими спектра речь корреспондентов, которые мешают станции, становятся неразборчивой и обычно все внимание пристально сосредоточивается на разборчивости речи корреспондента. Это характерно, лишь в случае, когда возникают помехи от других SSB станций. При работе мешающей станции с амплитудной или частотной модуляцией, SSB преимуществ не имеет. Именно это послужило основной причиной, чтобы пользователи Си-Би диапазоном, не имеющие разграничения частот для работы с разными видами модуляции, могли договариваться между собой, где и когда можно использовать только SSB. Так пользователями Си-Би в странах Европы было договорено о том, что преимущественно использовать диапазон D для работы с SSB, при этом оставив диапазон C для частот АМ и FM. Все перечисленные преимущества SSB модуляции при прочих равных условиях позволяют получить дальность связи на 50-75% больше, чем например, при AM или FM.

Виды модуляции

Существует два  вида переносчиков: гармонический и  импульсный.

Для гармонического переносчика возможны три вида модуляции: амплитудная модуляция (АМ), фазовая (ФМ) и частотная (ЧМ).

Для импульсного  переносчика возможны четыре вида модуляции: амплитудно-импульсная, или высотно-импульсная модуляция (АИМ),когда по закону передаваемого сигнала изменяется амплитуда импульсов, фазо-импульсная, или время-импульсная (ФИМ)-изменяется фаза импульсов, широтно-импульсная или модуляция по длительности (ШИМ), когда изменяется ширина импульсов и, наконец, либо частотно-импульсная (ЧИМ)-изменяется частота следования импульсов, либо интервально-импульсная (ИИМ).

Модуляцию ФИМ  и ЧИМ объединяют во временно-импульсную (ВИМ). Между ними существует связь, аналогичная связи между фазовой и частотной модуляцией синусоидального колебания.

Спектры ШИМ, ЧИМ, и ФИМ имеют более сложный  вид чем спектр сигнала АИМ.

Импульсные последовательности АИМ, ШИМ, ЧИМ, и ФИМ называются последовательностями видеоимпульсов. Если позволяет среда  распространения, то видеоимпульсы  передаются без дополнительных преобразований (например, по кабелю). Однако по радиолиниям  передать видеоимпульсы невозможно. Тогда сигнал подвергают второй ступени  преобразования (модуляции).

Модулируя с  помощью видеоимпульсов гармоничное несущее колебание достаточно высокой частоты, получают радиоимпульсы, которые способны распространяться в эфире. Полученные в результате сочетания первой и второй ступеней модуляции сигналы могут иметь названия АИМ-АМ, ФИМ-АМ, ФИМ-ЧМ и др.

Сравнение импульсных видов модуляции показывает, что  АИМ имеет меньшую ширину спектра  по сравнению с ШИМ и ФИМ. Однако последние более устойчивы к воздействию помех. Для обоснования выбора метода модуляции в системе передачи необходимо сравнить эти методы по различным критериям: энергетическим затратам на передачу сигнала, помехоустойчивости (способности модулированных сигналов противостоять вредному воздействию помех), сложности оборудования и др.

Модулированные  по ширине (ШИМ) и по фазе (ФИМ) видеоимпульсы.

Воздействие сообщения  на модулируемый параметр может повлечь  за собой изменение других параметров. Например, частотная модуляция гармонического переносчика сопровождается изменением начальной фазы, и наоборот. Однако одновременное воздействие на несколько  параметров может осуществляться преднамеренно. В этом случае модуляция называется смешанной. Возможны, например, амплитудно-частотная  и амплитудно-фазовая модуляции  гармонического переносчика.

При многоканальной передаче на разные параметры могут  воздействовать различные сообщения.

Иногда модуляция  осуществляется в несколько этапов: сперва исходное сообщение модулирует некоторое поднесущее колебание, затем модулированный сигнал воздействует на основной переносчик. Примерами могут служить система ЧМ-АМ, в которой сообщение а(t) модулирует поднесущее колебание по частоте, а затем ЧМ колебание модулирует основной переносчик по амплитуде, АМ-ЧМ, ШИМ-ФМ и т.д. Некоторые системы многоступенной модуляции (например, АМ-АМ, АИМ-АМ) эквивалентны одноступенчатой модуляции сообщением a(t) некоторого условного переносчика, который можно сформулировать, модулируя переносчиком первой ступени переносчик следующей ступени.

Импульсная модуляция

Часто в качестве переносчика используют периодическую  последовательность сравнительно узких  импульсов. Последовательность прямоугольных  импульсов одного знака v0(t) характеризуется параметрами: амплитудой импульсов; длительностью (шириной) импульсов; частотой следования (или тактовой частотой) fT =1/T, где Т – период следования импульсов; положением (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчётных) точек. Отношение периода следования импульсов к длительности импульсов называется скважностью импульса.

По закону передаваемого  первичного сигнала можно изменять (модулировать) любой из параметров импульсной последовательности. При  этом модуляция называется импульсной.

Периодическая последовательность узких импульсов.

Демодуляция сигналов

До сих пор  мы рассматривали преобразования сигнала  в пункте передачи. В пункте приёма необходимо извлечь первичный сигнал из переносчика, т.е. осуществить демодуляцию  принятого сигнала.

Например, при  демодуляции АМ–сигнала необходимо выделить закон изменения амплитуды  модулированного несущего сигнала, т.е. его огибающую.эта операция выполняется с помощью амплитудного детектора. При линейном детектировании на вход детектора с линейной вольт-амперной характеристикой подаётся АМ-сигнал, и последовательность импульсов тока детектора оказывается промодулированной по амплитуде. Высокочастотные составляющие тока отфильтровываются RC-цепью; падение напряжения на резисторе R создаёт только постоянная составляющая тока.

Амплитудные детекторы: транзисторный (а), диодный (б)

В модулированном колебании амплитуде медленно меняется, следовательно, амплитуда выделяемой на резисторе R постоянной составляющей тока также будет медленно меняться во времени. Таким образом, выходное напряжение амплитудного детектора пропорционально исходному (модулирующему) сигналу.

Один из способов демодуляции ЧМ-колебаний состоит  в превращении его в АМ-колебания  и последующем детектировании с  помощью амплитудного детектора.

Преобразование  ЧМ-сигнала в АМ-сигнал выполняется  с помощью расстроенного колебательного контура. Предположим, что на колебательный  контур, настроенный на определенную резонансную частоту, подаются ЧМ-колебания  с постоянной амплитудой и меняющейся со временем частотой w(t).

Полное сопротивление  контура при каждой мгновенной частоте  принимает своё определенное значение, так что амплитуда напряжения, выделяемого на контуре, будет изменяться во времени с изменением частоты  входного ЧМ-сигнала.

Таким образом, амплитуда ЧМ-колебания на выходе колебательного контура изменяется во времени пропорционально модулирующему  сигналу, т.е. частотно модулированный сигнал стал модулированным и по амплитуде  ЧМ-сигнала на амплитудный детектор.

Аналогичным образом  выделение закона изменения закона фазы ФМ-сигнала осуществляется фазовым  детектором.

Существуют и  способы демодуляции импульсно-демодулированного сигнала. Все устройства, предназначенные для демодуляции сигналов, будут рассмотрены дальше при изучении конкретных систем передачи и аппаратуры, входящей в состав этих систем.

Смешанные виды модуляции

Рассмотрение  смешанной модуляции представляет интерес с различных точек  зрения. В некоторых приборах (например, магнетронах) при изменениях амплитуды  колебания наблюдается изменение  частоты генерации. Поэтому при  использовании таких устройств  в качестве модуляторов выходной сигнал оказывается модулированным как по амплитуде, так и по частоте по одному и тому же закону

Частотная и  фазовая модуляции также обычно сопровождаются паразитной амплитудной  модуляцией, возникающей вследствие несовершенства реальных модуляторов. Сигналы амплитудной модуляции  вследствие изменений несущей частоты, обусловленных нестабильностью  частоты задающего генератора передатчика, также оказываются модулированными  как по амплитуде, так и по частоте.

При одновременной  модуляции по амплитуде и частоте  происходит изменение амплитуд спектральных составляющих сигнала, и при определённых условиях некоторые из них могут  быть полностью подавлены. Необходимость  такого полного подавления составляющих, образующих нижнюю (или верхнюю) боковую  полосу модулированного сигнала, возникает  при однополосной модуляции (не обязательно  амплитудной). Поэтому смешанная  модуляция может рассматриваться  как практический способ получения  сигналов однополосной модуляции.

Смешанную модуляцию, наконец, в определенных условиях можно  использовать как средство ослабления мешающего действия помех. Действительно, если помехи таковы, что они производят независимую паразитную модуляцию  параметров сигнала, то применение одновременной 

модуляции нескольких параметров переносчика одним и  тем же сообщением и суммирование напряжений на выходе соответствующих  демодуляторов приёмника приведёт ослаблению помехи.

Особенности импульсной модуляции

Характерной особенностью импульсных систем передачи является то, что энергия сигнала излучается не непрерывно, а в виде коротких импульсов, длительность которых обычно составляет незначительную часть периода  их повторения. Благодаря этому энергия  импульсного сигнала во много  раз меньше энергии непрерывного сигнала (при одинаковых пиковых  значениях). Различие в энергиях импульсного  и непрерывного сигналов зависит  от соотношения между длительностью  и периодом повторения. Большие временные  интервалы между импульсами используются для размещения импульсов других каналов, т.е. для осуществления многоканальной связи с временным разделением  каналов.

Частоту повторения импульсов определяют, исходя из допустимой точности восстановления непрерывного сообщения при его демодуляции. Минимальное значение частоты повторения импульсов

F0мин = 1/T0макс =2Fа,

где Fa – максимальная частота в спектре передаваемого непрерывного низкочастотного сообщения a(t).

В большинстве  случаев высокочастотный сигнал импульсной модуляции создаётся  в два этапа: сначала сообщение  модулирует тот или иной параметр периодической последовательности импульсов постоянного тока (или  видеоимпульсов), затем видеоимпульсы  модулируют (обычно по амплитуде) непрерывное  высокочастотное несущее колебание. Тем самым осуществляется перенос  спектра модулированных видеоимпульсов на частоту несущего колебания f0. Энергия высокочастотного импульсного сигнала сконцентрирована в полосе частот вблизи несущей f0.

Спектр сигнала  АИМ

Перейдём к  рассмотрению спектров сигналов импульсной модуляции. Немодулированную последовательность видеоимпульсов, выполняющую роль промежуточного переносчика, можно представить  рядом Фурье. Амплитудная модуляция  вызывает появление около каждой из составляющих спектра немодулированных видеоимпульсов боковых полос, повторяющих  спектр сообщения Sa(w). Таким образом, спектр сигнала АИМ представляет собой как бы многократно повторённый спектр обычной АМ, в котором роль «несущих частот» выполняют гармоники частоты следования импульсов.