2.4. Основные типы ШПС

Известно большое число различных ШПС, свойства которых нашли отражение во многих книгах и журнальных статьях. Общепринятой терминологии пока не существует. Тем не менее, ШПС можно разбить на частотно-модуллрованные (ЧМ) сигналы; многочастотные (МЧ) сигналы; фазоманипулированные (ФМ) сигналы (сигналы с кодовой фазовой модуляцией — КФМ сигналы); дискретные частотные (ДЧ) сигналы (сигналы с кодовой частотной модуляцией — КЧМ сигналы, частотноманипулированные (ЧМ) сигналы); дискретные составные частотные (ДСЧ) (составные сигналы с кодовой частотной модуляцией — СКЧМ сигналы).

В скобках указаны и другие названия. Иногда ФМ сигналы называют просто ШПС, ДЧ сигналы — сигналы с «прыгающей частотой».

Частотно-модулированные (ЧМ) сигналы являются непрерывными сигналами, частота которых меняется по заданному закону. На рис. 2.12, а изображен ЧМ сигнал, частота которого меняется по У-образному закону от до где центральная (несущая) частота сигнала, ширина спектра, в свою очередь равная девиации частоты . Длительность сигнала равна Т. На рис. 2.12, б представлена частотно-временная — плоскость, на которой штриховкой приближенно изображено распределение

энергии ЧМ сигнала по частоте и по времени. База ЧМ сигнала по определению (1.1)

Частотно-модулированные сигналы нашли широкое применение в радиолокационных системах, поскольку для конкретного ЧМ сигнала можно создать согласованный фильтр на приборах с поверхностными акустическими волнами (ПАВ). В системах связи необходимо иметь множество сигналов. При этом необходимость быстрой смены сигналов и переключения аппаратуры формирования и обработки приводят к тому, что закон изменения частоты становится дискретным. При этом от ЧМ сигналов переходят к ДЧ сигналам.

Рис. 2.12. Частотно-модулированный сигнал и частотно-временная плоскость

Рис. 2.13. Многочастотный сигнал и частотно-временная плоскость

Многочастотные (МЧ) сигналы (рис. 2.13,а) являются суммой гармоник амплитуды и фазы которых определяются в соответствии с законами формирования сигналов. На частотно-временной плоскости (рис. 2.13, б) штриховкой выделено распределение энергии одного элемента (гармоники) МЧ сигнала на частоте Все элементы (все гармоники) полностью перекрывают выделенный квадрат со сторонами База сигнала В

равна площади квадрата. Ширина спектра элемента Поэтому база МЧ сигнала

т. е. совпадает с числом гармоник. МЧ сигналы являются непрерывными и для их формирования и обработки трудно приспособить методы цифровой техники. Кроме этого недостатка, они обладают также и следующими: а) у них плохой пик-фактор (см. рис. 2.13,а); б) для получения большой базы В необходимо иметь большое число частотных каналов Поэтому МЧ сигналы в даль нейшем не рассматриваются.

Фазоманипулированные (ФМ) сигналы представляют последовательность радиоимпульсов, фазы которых изменяются по заданному закону. Обычно фаза принимает два значения (0 или ). При этом радиочастотному ФМ сигналу соответствует видео- ФМ сигнал (рис. 2.14,а), состоящий из положительных и отрицательных импульсов. Если число импульсов то длительность одного импульса равна а ширина его спектра равна приближенно ширине спектра сигнала На частотно-временной плоскости (рис. 2.14, б) штриховкой выделено распределение энергии одного элемента (импульса) ФМ сигнала. Все элементы перекрывают выделенный квадрат со сторонами База ФМ сигнала

т. е. равна числу импульсов в сигнале.

Рис. 2.14. Фазоманипулированный сигнал (сигнал с кодовой фазовой модуляцией) и частотно-временная плоскость

Рис. 2.15. Дискретный частотный сигнал (сигнал с кодовой частотной модуляцией) и частотно-временная плоскость

Возможность применения ФМ сигналов в качестве ШПС с базами ограничена в основном аппаратурой обработки. При использовании согласованных фильтров в виде приборов на ПАВ возможен оптимальный прием ФМ сигналов с максимальными базами сигналы, обрабатываемые такими фильтрами, имеют широкие спектры и относительно короткие длительности Обработка ФМ сигналов с помощью видеочастотных линий задержки при переносе спектра сигналов в область видеочастот позволяет получать базы при

Весьма перспективными являются согласованные фильтры на приборах с зарядовой связью (ПЗС). Согласно опубликованным данным с помощью согласованных фильтров ПЗС можно обрабатывать ФМ сигналы с базами при длительностях сигналов с. Цифровой коррелятор на ПЗС способен обрабатывать сигналы до базы 4-104.

Следует отметить, что ФМ сигналы с большими базами целесообразно обрабатывать с помощью корреляторов (на БИС или на ПЗС). При этом представляется предельной. Но при использовании корреляторов необходимо в первую очередь решить вопрос об ускоренном вхождении в синхронизм.

Так как ФМ сигналы позволяют широко использовать цифровые методы и технику формирования и обработки и можно реализовать такие сигналы с относительно большими базами, то поэтому ФМ сигналы являются одним из перспективных видов ШПС.

Дискретные частотные (ДЧ) сигналы представляют последовательность радиоимпульсов (рис. 2.15, а), несущие частоты которых изменяются по заданному закону. Пусть число импульсов в ДЧ сигнале равно М, длительность импульса равна То его ширина спектра Над каждым импульсом (рис. 2.15, а) указана его несущая частота. На частотно-временной плоскости (рис. штриховкой выделены квадраты, в которых распределена энергия импульсов ДЧ сигнала. Как видно из энергия ДЧ сигнала распределена неравномерно на частотно-временной плоскости.

База ДЧ сигналов

поскольку база импульса Из (2.44) следует основное достоинство ДЧ сигналов для получения необходимой базы В число каналов т. е. значительно меньше, чем для МЧ сигналов. Именно это обстоятельство и обусловило внимание к таким сигналам и их применение в системах связи. Вместе с тем для больших баз использовать только ДЧ сигналы нецелесообразно, так как число частотных каналов что представляется чрезмерно большим.

Дискретные составные частотные (ДСЧ) сигналы являются ДЧ сигналами, у которых каждый импульс заменен шумоподобным сигналом. На рис. 2.16, а изображен видеочастотный ФМ сигнал,

отдельные части которого передаются на различных несущих частотах. Номера частот указаны над ФМ сигналом. На рис. 2.16, б изображена частотно-временная плоскость, на которой штриховкой выделено распределение энергии ДСЧ сигнала.

Рис. 2.16. Дискретный составной частотный сигнал с фазовой манипуляцией ДСЧ-ФМ (составной сигнал с кодовой частотной модуляцией и фазовой манипуляцией СКЧФ-ФМ) и частотно-временная плоскость

Рис. 2.17. Частотно-временная плоскость дискретного составного сигнала с частотной манипуляцией ДСЧ-ЧМ (составной сигнал с кодовой частотной модуляцией и частотной манипуляцией КЧМ-ЧМ)

Рис. 2.16, б по структуре не отличается от рис. 2.15, б, но для рис. 2.16, б площадь равна числу импульсов ФМ сигнала в одном частотном элементе ДСЧ сигнала. База ДСЧ сигнала

Число импульсов полного ФМ сигнала

Изображенный на рис. 2.16 ДСЧ сигнал содержит в качестве элементов ФМ сигналы. Поэтому такой сигнал сокращенно будем называть ДСЧ-ФМ сигнал. В качестве элементов ДСЧ сигнала можно взять ДЧ сигналы. Распределение энергии такого сигнала на частотно-временной плоскости изображено на рис. 2.17. Если база элемента ДЧ сигнала

то база всего сигнала

Такой сигнал можно сокращенно обозначать ДСЧ-ЧМ. Число частотных каналов в ДСЧ-ЧМ сигнале равно Если ДЧ сигнал (см. рис. 2.15) и ДСЧ-ЧМ сигнал имеют равные базы, то они имеют и одинаковое число частотных каналов. Поэтому особых преимуществ ДСЧ-ЧМ сигнал перед ДЧ сигналом не имеет. Но принципы построения ДСЧ-ЧМ сигнала могут оказаться полезными три построении больших систем ДЧ сигналов.

Таким образом, наиболее перспективными ШПС для систем связи являются ФМ, ДЧ, ДСЧ-ФМ сигналы.