Введение к работе
Актуальность . Угловая (частотная, фазовая) модуляция благодаря своей повышенной помехозащищенности и малым нелинейным искажениям вызывает повышенный интерес у специалистов в области радиосвязи, радиовещания и многоканальных система . связи с частотным уплотнением (телеметрия, космическая связь, радиорелейные линии).
Однако,при угловой модуляции соотношения сигнал-шум и ширина полосы частот, занимаемая радиолинией, пропорциональны индексу модуляции. В связи с бурным ростом средств связи в последнее время стала наблюдаться перегрузка (теснота) эфира, что накладывает ограничения на ширину полосы (на величину индекса модуляции). Особенно сильно это ощущается в системах космической (спутниковой) связи. Поэтому в космических системах связи,для оценки эффективности использования полосы частот канала, вводится понятие )f- эффективность
где С - скорость передачи информации. /7«, - ширина спектра сигнала. Согласно этой формулы та система связи будет эффективнее.
I
у которой ширина спектраЛв меньше, при всех остальных равных параметрах, так как при этом увеличивается число каналов связи.
В настоящее время благодаря высокой помехозащищенности получают развитие и цифровые методы связи. Однако известно, что цифровые системы связи, хотя и имеют большую помехозащищенность, но занимают полосу частот во много раз большую, чем аналоговые. Кроме того, аналоговые системы связи значительно дешевле, чем цифровые.
Разработка систем связи с однополосной угловой модуляцией уменьшает полосу частот,занимаемую каналом связи," примерно, в два раза и повышает помехозащищенность.
Фазовая модуляция, обладая более высокой помехозащищенностью, чем частотная, не находит применения в радиосвязи. Это объясняется тем, что известные методы демодуляции фазово-моду-лированных смгналов не совершенны - им присущи большие, нелинейные исканения, зависящие от величины индекса модуляции. Поэтому фазовая модуляция могла быть использована в радиосвязи только при индексах модуляции.примерно 0.25 радиан. Разработанные методы демодуляции однополосного сигнала с фазовой модуляцией работают при любых величинах индексов модуляции с допустимой величиной коэффициента нелинейных исканений, и таким образом, позволяют использовать фазовую модуляции в радиосвязи.
Выделение одной боковой полосы у сигнала с угловой модуляцией на передающем конце не вызывает принципиальных затруднений, при любых величинах индексов модуляции. Однако формирование на приемном конце подавленной боковой полосы из рабочей (переданной), как при однополосной амплитудной модуляции, не представляется возмоаным, т.к. в верхней и нивней боковых полосах нечетные спектральные составлявщие спектра противофазны . а четные - синфазны и спектр не симметричен. Воозановдение сигнала информации из одной боковой полосы.при индексах модуляции больших единицу, не дают удовлетворительных результатов из-за больших искажений в демодулированном сигнале. Причина этого ясна: изменение частоты или фазы в одной боковой полосе сигнала с угловой модуляцией не соответствует закону модулирующего сигнала.
Цель работы заклинается в уменьшении полосы частот, занимаемой каналом связи с угловой.модуляцией, не уменьяая помехозащищенности его, то есть состоит в выборе нового вида сигнала.с однополосной угловой модуляцией (ОП-УМ), из которого моано было бы восстановить сигнал информации при любой величине индекса модуляции. Кроме того, энергетические показатели сигнала ОП-УМ доланы быть удовлетворительными, . то есть пик-фактор его должен быть небольвим. Зтот сигнал должен достаточно просто демодулироваться, то есть долкнн быть разработаны, приемные устройства сигнала ОП-УМ,оценены помвхозаще-щенноеть их и нелинейные искаавния, возникающие при.демодуляции.
Д.Б.разработаны способы формирования сигнала ОП-УМ. с ма- -лыми нелинейными искажениями информационного сигнала, в передатчике.
Поставленная цель достигается, если в качестве ОП-УМ выбрать только четвертую часть спектра сигнала с двухполосной угловой модуляцией(ДП-УМ)-
Научная новизна'работы .Разработкой однополосных систем связи с угловой модуляцией занимались в Японии, Сій и в СССР.
В Японии разработана система связи с однополосной угловой модуляцией при индексах, не прививающих .0,2. рад. При дальнейшем увеличении индекса модуляции возникаят большие нелинейные искаяения . В СШн разработана система связи,подобная однополосной угловой модуляции,где индекс модуляции мо«ет быть любой величины . Б этом методе формируется однополосный сигнал благодаря экспоненциальной амплитудной модуляции колебания.с угловой модуляцией . В японском методе помехозащищенность канала связи оказывается не выше, чем при использовании, однополосного сигнала.с амплитудной модуляцией, а в американском - неприемлемые энергетические характеристики ограничивают индекс модуляции уЗ< ірод.
В СССР авторами Гофман Г.М., їїац Ю.Я., Добченко В.Г.. был разработан способ приема частотно-модулированных.сигналов с одной боковой полосой частот. Згот способ работает при тех ае . индексах модуляции, что и японский. Отличается от первого только тем, что подавление амплитуды несущей в два раза, с
целью увеличения индекса модуляции, осуществляется в приемнике, а в японском это осуществляется в передатчике.
Волковым fl.A. был разработан способ формирования однополосного сигнала с угловой модуляцией, но способа демодуляции этого сигнала не предложено.
Диссертантом предложен новый вид сигнала с однополосной угловой модуляцией. Этот вид сигнла свободен от недостатков известных. В нем излучается только четвертая часть спектра сигнала с угловой модуляцией.
Для нового вида сигнала-с однополосной угловой модуляцией разработаны методы и исследовании характеристики, представляемые к зашите:
1. Методы формирования сигналов с однополосной угловой
модуляцией:
Формирование однополосных сигналов с фазовой и частотной модуляциями при индексах модуляции J& 0,51Ара$ ,\
Формирование однополосных сигналов с фазовой и частотной модуляциями при Jb?0,5Apufy : . .
Исследованы модуляторы и подыодуляторы для систем связи с однополосной угловой модуляцией;
Исследованы искажения информации при формировании однополосного сигнала.
2. Методы умножения и деления частоты на основе однопо
лосного сигнала:
Умножение частоты большой кратности:
Широкополосного квазиидеального удвоения частоты;
Широкополосного деления частоты на два.
3. Энергетические характеристики однополосного сигнала с
угловой модуляцией 7^— 0,5<сре$ '
- Средняя мощность однополосного сигнала за период высо
кой частоты;
Средняя мощность однополосного сигнала за бесконечно большой промежуток времени;
Пик-фактор однополосного сигнала.
4. Методы демодуляции однополосных сигналов с угловой мо
дуляцией;
- Демодуляция однополосного сигнала с фазовой модуляцией
при р4>,5Жра^\
Демодуляция .однополосного сигнала с фазовой модуляцией при J3> О,ОЖрйц\
Демодуляция однополосного сигнала с частотной модуляцией при JS, >0,5%р\
Демодуляция однополосного сигнала с частотной модуляцией при (Ь>0,5Жра$ с подавлением помех в каналах знаков производных.
Демодуляция однополосного сигнала с частотной модуляцией при fe^Qdfipeg.
5, Помехозащищенность приемников сигналов с однополосной угловой модуляцией при >^0,5Жрс$;
Помехозащищенность приемников с однополосной фазовой модуляцией;
Помехозащищенность приемника сигналов с однополосной частотной модулацией при уровне помех значительно меньыих уровня сигнала:
Помехозащищенность приемника сигналов с однополосной частотной модулацией при помехах сравнимых с сигналом:
Проблема порога в приемниках сигналов с однополосной угловой модуляцией.
Практическая значимость работы состоит в,том, что полученные результаты позволяют:
1.Разрабатывать и создавать системи связи с однополосной фазовой и частотной модуляциями.
2.Существенно повысить помехозащищенность канала связи при помехах, сравнимих с сигналом, в отличии от канала связи с двухполосной частотной модуляцией..
3.Уменьшить полосу частот, занимаемую каналом свази, примерно в два раза, не ухудшая помехозащищенность и тем самым увеличить число каналов связи.
нпробация'работы .Основные положения работы докладывались на всесоюзном симпозиуме по вопросам широкополосного усиления высоких и сверхвысоких частот (Новосибирск.
19??), на научно-технической конференции Ульяновского политехнического института (Ульяновск. 1978). на научно-практической конференции "Проблемы и пуги соверж.енствования подготовки радиоинженеров и инженеров электронной техники (Томск.1986Э" ,на всех научно-технических конференциях Казанского Авиационного института по итогам работы за год (Казань. 197?-1992),а также на НТС кафедр РРУ. РЭНИ и P3KS КАИ.
Достоверность результатов дис
сертационной работы .Теоретические результа
ты получены на базе фундаментальной теории с использованием
апробированных моделей, адекватно отраяащих реальные процессы
и подтверждены экспериментально. Результаты экспериментальных
исследований приведены в прилоаении к монографии "Однополосная
угловая модуляция в радиосвязи". /
Внедрение результ а т ов работы. Основные результаты работы изложены в монографии "Однополосная угловая модуляция в радиосвязи". Внедрены в КГТН в учебных дисциплинах: "Радиотехнические цепи и сигналы", "Радиопередаи-щие устройства" , "Радиоприемные устройства" . а также на предприятии.
Вклад автор а.Научные результаты, изложенные в диссертации, получены лично автором. При написании заявок на изобретения привлекались и соавторы, но доля их вклада не превышает 15. что задокументировано в материалах заявок.
Положения и выводы, выносимые на защиту, принадлежат автору.
Структура и объем работ ы.Диссертационной работой является монография объемом 8,83 печатных листов, которая состоит из введения, восьми разделов и списка использованных источников. Список использованной литертуры на *"/ стр. содержит 60 наименований.