6.5. Модуляторы сигналов с манипуляцией частоты

В современных системах передачи информации используются сложные сигнальные конструкции, которые при близкой к оптимальной помехоустойчивости обеспечивают высокую скорость передачи, полно используют выделенную частотную полосу и имеют низкие ВМИ. К их числу относится сигнал с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ). Иногда его называют манипуляцией минимальным сдвигом (ММС) частоты без разрыва фазы (в англоязычной литературе – mimimum shift keying MSK). На средней частоте f₀ передача информационного символа «1» производится повышением этой частоты до f₂ = f₀ + 1/4, где  - длительность информационного бита, а передача «0» - понижением её до f₁ = f₀ - 1/4, причём в моменты коммутации нет разрыва фазы выходного колебания: она принимает значения 0 или ±. Выбранный сдвиг частот

(6.12)

является минимальным для обеспечения ортогональности передаваемых подимпульсов: за длительность подимпульса текущая фаза колебания изменяется на целое число периодов плюс 90⁰, если передавалась «1» или на такое же целое число минус 90⁰, если передавался «0».

Передача информации при помощи МЧМ сигналов производится без разрывов фазы, поэтому спектр оказывается более компактным (см. рис. 1.10).

На частотах f₀, допускающих применение цифровых методов и при низкой скорости передачи С = 1/ формирование МЧМ сигналов производится встроенными в серийные интегральные ЦВС логическими узлами (см. п. 4.5). На частотах до (100…300) МГц, где возможно применение аналоговых перемножителей, сигналы МЧМ формируют в квадратурной схеме, использующей представление МЧМ сигнала на каждом подимпульсе в виде комбинации произведений ортогональных гармонических колебаний

, (6.13)

где x(t_i) – последовательность чётных битов сообщения, а y(t_i) – последовательность нечётных битов, как в схеме рис. 6.13.

Близкого к предельному увеличения быстродействия модулятора МЧМ сигналов можно добиться в схеме переключения без разрыва фазы выходных сигналов двух колебаний со смещёнными частотами [49], показанной на рис. 6.14. Синтезаторы СЧ1 и СЧ2 формируют непрерывные гармонические колебания с частотами f₁ и f₂, используя общий опорный генератор, так что их выходные колебания u₁(t) и u₂(t) когерентны, то есть разность их фаз определяется различием частот и не имеет независимого дрейфа. В силу условия (6.12) разность мгновенных фаз колебаний u₁(t) и u₂(t) с частотами f₁ и f₂ за время передачи одного бита составляет 180⁰. Электронные ключи Кл1 и Кл2 подключают к выходному переключателю Кл3 либо прямой, либо инверсный выход каждого из синтезаторов. Выходной переключатель Кл3 подключает на выход модулятора сигнал от СЧ1, если информационный сигнал s(t_i) имеет логический уровень «1» или сигнал от СЧ2, если на информационный вход поступил символ «0». Триггеры Тр1 и Тр2 запрещают изменение положения своего ключа на интервалах времени, когда его сигнал подключён к выходу модулятора, а значение s(t_i) не изменяется. На интервалах времени, когда синтезатор этого канала не подключён к выходу модулятора, триггер меняет положение ключа с каждым тактовым импульсом, подготавливая возможность переключения Кл3 при одинаковых фазах колебаний от СЧ1 и от СЧ2.

Рис. 6.14. Структурная схема быстродействующего модулятора МЧМ сигналов

На рис. 6.15 показаны осциллограммы сигналов в модуляторе по схеме рис. 6.14, когда несущая частота равна скорости передачи информации f₀ = 1/, так что за время передачи символа «0» укладывается 0,75 периода частоты f₁, а за время передачи символа «1» укладывается 1,25 периода частоты f₂. Линия 1 показывает тактовые импульсы, линия 2 - модулирующую последовательность, а линия 3 – вид выходного МЧМ сигнала. Видно, что манипуляция частоты происходит в моменты фаз, кратных /2 без её разрыва.

Рис. 6.15. Осциллограммы информационной последовательности s(t) и МЧМ сигнала u(t)