Разделение сигнала по форме

 3 Разделение сигнала по форме

 

При разделении сигналов по форме базисные функции  должны быть линейно независимыми и ортогональными. При этом передаваемая информация заключается в амплитуде базисных функций. В случае разделения по форме канальный сигнал имеет вид:

 , ( 15)

где - период канального сигнала, - отсчеты первичного сигнала.

Выражение справедливо в случае, когда информация заключена в амплитуде сигнала. В качестве базиса используются функции, удобные с точки зрения технической реализации. В частности полиномы Лежандра, Матье и др. При использовании полиномов Лежандра отдельные базисные функции равны:

( 16)

Условие ортогональности в этом случае имеет вид:

( 17)

Т.о., средняя мощность каждого ортогонального колебания равна (). Для того чтобы выровнять мощность канальных сигналов на передающей стороне каждую базисную функцию умножают на .

При использовании нечетных полиномов в сигнале появляются скачки, для передачи которых потребуется широкая полоса радиоканала (рисунок 3).

Рисунок 3

Для устранения этого недостатка в передаваемом сигнале у нечетных полиномов через период изменяют полярность (рисунок 4).

Рисунок 4

Рассмотрим структурную схему передающей части системы с ортогональными сигналами (рисунок 5).

Рисунок 5

где СМУ – суммарно-масштабирующий усилитель, ГПФ – генератор полиномиальных функций, ГТЧ – генератор тактовой частоты, ГНК – генератор несущего колебания, К – ключ, С – синхронизатор.

Первичный сигнал  - непрерывная функция времени. ГТЧ формирует кратковременный импульс с частотой . Ключ К хранит значение отсчетов за весь период, а синхронизатор формирует синхросигнал.

Тогда групповой будет сигнал представлен в следующем виде:

, , ( 18)

Для разделения канальных сигналов используют свойство их ортогональности. Эта операция сводится к вычислению скалярного произведения группового сигнала на базисную функцию выделяемого канала

( 19)

Структурная схема приемной части системы приведена на рисунке 6.

Рисунок 6

Ортогональные полиномы Лежандра, Чебышева и т.д. являются непрерывными аналоговыми сигналами и, следовательно, устройствам их генерирования и обработки свойственны недостатки присущие всем аналоговым устройствам:

-  невозможность унификации и стандартизации большинства устройств;

-  высокие требования к температурной стабильности;

-  сложность технической реализации генераторов полиномиальных функций.

Поэтому в настоящее время в качестве канальных сигналов используются различные типы цифровых сигналов, в частности ансамбль функций Уолша.

 4 Частотное разделение каналов (ЧРК)

ЧРК – частный случай разделения ортогональных сигналов. Базисные функции ортогональны в частотной области. Вид базисных функций:

, ( 20)

где  - поднесущая частота.

Колебания ( 19) будут оставаться ортогональными при любых значениях параметров ,  и , если частотные спектры канальных сигналов не перекрываются.

Спектр группового сигнала показан на рисунке 7.

Рисунок 7

Для лучшего разделения каналов между спектрами канальных сигналов вводят защитный интервал . Общая ширина спектра группового сигнала :

. ( 21)

Ширина спектра зависит от вида модуляции и ширины спектра первичного сигнала.

 , ( 22)

где - ширина спектра первичного сигнала,

 - коэффициент, зависящий от вида модуляции, для амплитудной модуляции (АМ) .

Для частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляции  зависит от девиации частоты и индекса модуляции.

Основным недостатком системы с ЧРК является то, что с ростом числа каналов возрастает ширина спектра группового сигнала. При ЧРК сообщения можно передавать амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Модуляция осуществляется непрерывно при передаче всего сообщения. Обычно используют две ступени модуляции. В первой ступени каждая поднесущая может быть промодулирована по амплитуде, частоте или фазе. Возможна одновременная модуляция поднесущей по амплитуде и частоте. Эта операция удваивает число каналов без существенного расширения полосы частот тракта, но создает значительные взаимные помехи. Кроме того, можно увеличить общее число каналов, применяя однополосную модуляцию с полным подавлением одной боковой и поднесущей. Сумма модулируемых поднесущих модулирует несущую частоту передатчика по амплитуде, фазе и частоте во второй ступени модуляции. Возможны различные комбинации способов модуляции поднесущих частот и несущих колебаний:

АМ – АМ; АМ – ЧМ; ОБП – ЧМ; АМ – ОБП; ИКМ – ЧМ – ЧМ

Выбор определенного варианта построения системы с ЧРК зависти от требований к эффективности и помехоустойчивости.

Структура передающей части системы с ЧРК приведена на рисунке 8,

Рисунок 8

где ПР – преобразователь, КМ – канальный модулятор, ГНК – генератор несущего колебания, ПФ – полосовой фильтр.

Перенос спектров осуществляет КМ, а ПФ пропускают все спектральные компоненты модулированного сообщения и задерживают их гармоники. Гармоники возникают из-за нелинейности модуляционной характеристики КМ. После сумматора сигнал подается на модулятор передатчика, где происходит модуляция несущей. На первой ступени осуществляется модуляция канальных сигналов, а на второй модуляция несущей частоты. Сигнал, полученный на приемной стороне, поступает на общий демодулятор, а затем на систему из N фильтров (рисунок 9).

Рисунок 9

Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) фильтров аналогичны АЧХ фильтров, используемых на передающей стороне. После фильтров включены канальные демодуляторы (КД).