Помехи и искажения возникающие в РРЛ с ЧУ и ЧМ
Основным качественным показателем в РРЛ, как и в любой другой системе связи является отношение сигнал/помеха на выходе канала.
В диапазоне УКВ, который используется в РРЛ, отсутствуют атмосферные и промышленные помехи и на выходе канала будет иметь место только тепловые шумы приемного устройства. Кроме того, возникают переходные помехи, т.е. в одном из ТЛФ каналов прослушиваются разговоры, идущие по другим ТЛФ каналам. Они возникают:
- в групповом тракте;
- ВЧ тракте;
- в АФТ;
- из-за неполного подавления паразитной АМ в ограничителях.
Тепловые шумы
При определении уровня тепловых шумов на выходе ЧД рассматривают векторную диаграмму рис. 1.
рис.1.
Суммарный шум случайно меняется по уровню и фазе. Поэтому Uр также будет меняться во времени, т.е. под воздействием шумов сигнал приобретает АМ и ФМ.
Поскольку частотная демодуляция осуществляется вокруг центральной частоты, то суммарный сигнал на выходе ЧД будет равен:
U=Uм(t)cos[ω0t+φ(t)],
где: Uм(t) - амплитуда;
(t) - фаза суммарного квазигармонического колебания, спектры которых имеют относительно низкочастотные составляющие.
При правильном использовании ограничителей, Uм(t) - соnst, а случайное изменение фазы не устраняется и это приводит к изменению частоты, что при демодуляции проявляется в виде случайных шумов.
Если Uш < Uс, тогда tg = Uш(t)/Uc.
С другой стороны изменение частоты на входе ЧД приводит к шуму
где: КЧД - коэффициент передачи ЧД.
Теорема о спектре производной случайного процесса
Энергетический спектр процесса Х1(t), значения которого равны производной от стационарного случайного процесса Х(t), определяется соотношением
Gх’(Ω) = Ω2G(Ω),
где: G(Ω) - спектр процесса х(t);
Gх’(Ω) - спектр процесса х’(t).
В соответствии с выражением для Uш вых и теоремой о спектре производной случайного процесса, спектр мощности шумов на сопротивлении 1-ом на выходе ЧД равен
где: Gвх(Ω) энергетический спектр процесса Uш(t), т.е. спектр шумов на входе приемника; здесь частота заменена Ω =ω-ω0.
На входе приемника тепловой шум имеет равномерный спектр. Если частотная характеристика приемника имеет прямоугольную форму, то спектр тепловых шумов, попадающих на вход ЧД, также имеет прямоугольную форму рис. 2.
Рис.2.
Из курса приемных устройств известно, что спектральная плотность мощности шума на входе приемного устройства на сопротивлении 1 Ом равна
Gвх(Ω) = (1/2π)nКТRвх,
где: n - коэффициент шума приемника;
К = 1,38 10-23 Вт/Гц град - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура;
Rвх - входное сопротивление.
Подставив получим (рис. 3)
Рис.3.
Расчет тепловых шумов при передаче многоканальной телефонии
При передаче многоканальной телефонии мощность шумов на выходе ТЛФ канала определяется по приближенной формуле
Подставив значение Gвых(Ω) в последнее выражение получим
где: Ωк - средняя частота ТЛФ канала в групповом спектре;
Rк - сопротивление нагрузки канала.
Если учесть, что Uc2/Rвх=Рс - мощность сигнала на входе приемника, а Ω=2πF и
 -
измерительный уровень мощности в канале, соответствующий эффективному напряжению Uк. Введем псофометрический коэффициент Кпс2. Тогда последние выражение запишется как
 , [Пиковатт]
Из полученного выражения видно, что уменьшение уровня принимаемого сигнала (Рс) (при наличии ограничителя) вызывает только увеличение мощности тепловых шумов (Ршт). Уровень полезного сигнала остается неизменным (Рк). В отличии от ЧМ при АМ наблюдается обратная картина, - изменение уровня принимаемого сигнала отражается на уровне полезного сигнала в канале, а мощность шумов не изменяется.
Если ввести относительную частоту у = Fк/F2,
где: F2 - верхняя частота группового сигнала;
Fк - средняя частота канала и учитывая, что мощность шума в полосе приемника Δfп равна Рш = nКТΔfп, получим последнее выражение в пиковаттах в виде:
Анализ этого выражения показывает, что мощность шумов в ТЛФ канале при ЧМ пропорционально отношению шум/сигнал на входе приемника и отношению полос пропускания ТЛФ канала (ΔFп) и радиотракта приемника (Δfп).
Последняя формула справедлива и при АМ, но нужно отметить, что при АМ глубина модуляции < 1, а при ЧМ может быть > 1, что и определяет выигрыш ЧМ систем.
При увеличении числа ТЛФ каналов N в системах с ЧМ для сохранения заданного отношения сигнал/шум требуется увеличение мощности передатчика пропорционально в N2 раз, а при АМ только в N раз. Объясняется это тем, что в системах с ЧМ мощность тепловых шумов растет пропорционально квадрату частоты исследуемого канала рис. 4.
Рис.4.
Отсюда, при выполнении нормы на шумы в верхнем ТЛФ канале, в нижних каналах шумы будут значительно меньше. Для того чтобы выровнить Ршт по групповому спектру используется предыскажение сигнала в тракте передачи до модулятора, с целью увеличения девиации на верхних каналах и уменьшении на нижних.
В такте приема включают восстанавливающий фильтр имеющий частотную характеристику, обратную частотной характеристике предыскажающего контура рис. 5.
Рис.5
Частотная характеристика предыскажающего контура аппроксимируется выражением
В2(F) = 0,4 + 1,35(F/F2)2 + 0,75(F/F2)4.
С учетом предыскажения расчетная формула мощности тепловых шумов на выходе ТЛФ канала принимает вид:
Это выражение справедливо при условии Uc >> Uш и вплоть до Рс/Рш ≈ 10.
Ниже этого равенство уже несправедливо равенство аrctg х ≈ х и нельзя применять теорему о спектре производной. В этом случае наступает пороговое явление при ЧМ. Рассматривать это явление не будем, т.к. в РРЛ как правило работа ведется выше порога ЧМ.
|
