Помехи и искажения в аналоговых ррл

4 помехи и искажения в аналоговых ррл

4.1 ПЕРЕХОДНЫЕ ШУМЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ПАРАЗИТНОЙ ФМ

Технические параметры аппаратуры РРС выбирают таким об­разом, чтобы искажения сигнала у потребителя не превышали до­пустимых значений. При передаче МТС по РРЛ с ЧМ искажения сигнала проявляются в виде шумов в ТФ канале. Шумы опреде­ляют на выходе ЧД. Различают тепловые шумы (ТШ) в канале и переходные (нелинейные) шумы. При этом, если ТШ в канале су­ществуют независимо от наличия модуляции в передатчике, то пе­реходные шумы исчезнут, если выключить модулирующий сигнал. Переходные шумы (ПШ) возникают, когда часть энергии сигнала из одного ТФ канала переходит в другие.

           Допустим, что в АРРС установлены идеальные модемы с соответствующими передаточными характеристиками (ПХ) - модуляционной ЧМД, демодуляционной ЧД и амплитудной характеристикой ГУ.

В соответствии с процессом ЧМ и частотного детектирования за­пишем

                                                                                 (4.1)

         где u_вх — напряжение модулирующего сигнала на входе ЧМД; Dw - отклонение частоты сигнала на выходе ЧМД на стороне передачи и на входе ЧД на стороне приема;

и

                                                                                        (4.2)

         где k_М и k_Д - крутизна характеристик ЧМД и ЧД, и_Д - выход­ное напряжение ЧД; и₁ и u₂— напряжения на входе и выходе ГУ.

Рекомендуемые материалы

Положим, что в идеальной РРЛ, в которой не возникает шумов, на передающей ОРС на вход ЧМД поступает МТС с максималь­ным уровнем, т.е. u_ВХ(t)=u(t)=1. Он создает на вы­ходе ЧМД девиацию , которая на выходе ЧД приемной ОРС дает напряжение u_Д=и(t)=1. Подставляя эти значения в (4.2), получаем

                                                                                           (4.3)

Подставив в (4.1) значение k_М

                                                                             (4.4)

Напомним, что МТС и фаза ЧМ сигнала связаны линейным со­отношением, а частота любого сигнала

                                      ,                                                (4.5)

где j(t) - фаза сигнала.

Предположим, что ЧМ сигнал проходя по реаль­ной РРЛ, приобрел паразитный фазовый сдвиг, нелинейно зави­сящий от частоты, либо подвергся паразитной ФМ. Его фаза из­менилась на величину DФ и стала

                               

Тогда, в соответствии с (4.5) изменение частоты на входе ЧД

                            (4.6)

                                                                                             

Подставив (4.3) и (4.6) в (4.2), получаем  

                           ,

где

                              

Видим, что на выходе идеального ЧД, кроме переданного МТС, появилась составляющая e_f(t). Поскольку DФ нелинейно зависит от Dw(t) и, значит e_f(t) содержит продукты нелинейного преобразования u(t) и создает напряжение переходных шумов, появляющихся из-за паразитной ФМ.

Можно указать несколько источников паразитной ФМ. Пара­зитный фазовый сдвиг DФ могут вносить те устройства АРРС, имеющие нелинейную ФЧХ, через которые проходит ЧМ сигнал. Эти устройства образуют высокочастотный тракт (ВЧТ) РРЛ. На практике для устройств ВЧТ измеряют не ФЧХ, а характеристику ГВЗ, определяемую следующим образом:

                                                                                  (4.7)

В пределах радиорелейного участка к ВЧТ относятся: аппаратура, установленная после ЧМД на передающей ОРС, аппаратура ПРС и устройства, установлен­ные до ЧД на приемном конце УРС. В ВЧТ входят РФ, ПФ, УПЧ и другие цепи с нелинейной ФЧХ .

Шумы появляются на выходе ЧД каждого радиорелейного уча­стка. Их называют переходными шумами ВЧ тракта. Эти шумы можно снижать, для чего в схему УПЧ включают корректоры ГВЗ (КГВЗ).

Другим источником паразитной ФМ является АФТ. Поскольку практи­чески в местах подключения АФТ к антенне и аппаратуре всегда имеет место рассогласование, то часть энергии ЧМ сигнала там отражается. На входе приемника одно­временно действуют два сигнала: основной  и запаздывающий. Причем, если в момент времени t₁ основной сигнал промодулирован МТС u(t₁), то запаздывающий — МТС u(t₁ — 2t_ф), где t_ф — время распространения СВЧ колебаний в АФТ. Значит фазы сигналов различны. Передают сигнал u_чм, а на входе приемника вместо него получают резуль­тирующее колебание U_p с другими амплитудой и фазой. Поскольку МТС — случайный процесс, то фазы основного и запаздывающего сигналов меняются случайным образом, сле­довательно, и ДФ изменяется по случайному закону и нелинейно связан с u(t). Возникающие вследствие этого в ТФ канале шумы называют переходными шумами из-за отражений в АФТ. Заметим, что результирующий сигнал приобрел также и паразитную AM.

Еще один источник возникновения паразитной ФМ - преобра­зование паразитной AM в ФМ. Это явление называют амплитудно-фазовой конверсией (АФК). Наблюдается АФК в устройствах ВЧТ: УМ на ЛБВ и в амплитудных ограничителях (АО). Поэтому УМ и АО вносят дополнительные нелинейные шумы на выходе ЧД. Их называют переходными шумами из-за АФК или из-за АМ-ФМ преобразования.

4.2 ПЕРЕХОДНЫЕ ШУМЫ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ НЕЛИНЕЙНЫМИ

ПЕРЕДАТОЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ И АХ

Реальные модемы, в отличие от идеаль­ных, имеют нелинейные ПХ и АХ устройств. Кроме того, крутизна ПХ ЧД зависит от амплитуды ВЧ сигнала на его входе. Влияние этих факторов рассмотрим раздельно.

Нелинейную характеристику можно представить в виде поли­нома по степеням входного воздействия. Для нелинейной ПХ ЧД вместо (3.6) можно записать

,                                                     (4.8)

где a_Д, b_Д, c_Д –коэффициенты аппроксимации, причём a_Д=k_Д.

                                 

или

                             ,                                                        (4.9)

где .

Видим, что на выходе ЧД кроме u(t) появились продукты его нелинейного преобразования e_Г(t) - напряжение переходных шу­мов. Аналогичным образом можно пояснить воздействие нелиней­ности ПХ модуляторов и АХ ГУ. Устройства, через которые в РРЛ проходит сигнал на частотах линейного (группового) спектра, обра­зуют групповой тракт РРЛ (Гр. Т). Шумы, возникающие в ТФ канале из-за нелинейности передаточных характеристик. ЧМД, ЧД и АХ ГУ, называют переходными шумами группового тракта.

Переходные шумы из-за паразитной AM. Положим, что ПХ ЧД идеальна, но огибающая ЧМ сигнала на входе ЧД меняется из-за паразитной AM. Последняя всегда имеет место в АРРС. Источни­ки паразитной AM; неравномерность АЧХ ВЧТ, несогласованность АФТ с антенной и аппаратурой, тепловые шумы на входе приемника и др.

Полагая, что паразитная AM происходит по закону u(t), пред­ставим огибающую ЧМ сигнала на выходе УПЧ в виде:

                            

где m_ам - индекс паразитной AM, Для подавления паразитной AM между УПЧ и ЧД ставят АО, который уменьшает глубину пара­зитной AM. Качество АО оценивают с помощью коэффициента по­давления

                       или                                             (4.10)

где m_вх и m_вых - индексы паразитной AM на входе и выходе АО, причем m_вх=m_АМ. Поэтому огибающая сигнала на входе ЧД

                   , где

Крутизна передаточной характеристики реального ЧД пропорцио­нальна амплитуде ВЧ сигнала на его входе. Поэтому вместо (4.3) запишем для реального ЧД крутизну его передаточной характе­ристики в виде

                                             (4.11)

Находим напряжение на выходе реального ЧД

                  , где

Откуда следует, что появилось напряжение нелинейных шумов e_АМ(t). Такие шумы называют переходными шумами из-за пара­зитной AM и неидеальности АО. Для идеального АО g=0 e_АМ(t)=0.

Люди также интересуются этой лекцией: 15 Уголок живой природы в школе.

В заключение отметим, что ПШ в ТФ канале классифицируют
в зависимости от источников искажений сигналов (источников по­
мех). С этих позиций РРЛ разделяют на АФТ, ВЧТ и ГрТ. Различают два основных механизма воздействия помехи на ЧМ сигнал: возникновение паразитной ФМ (ПФМ) и паразитной AM (ПАМ). При этом искажения сигнала возникают до ЧД. Устройства Гр Т искажают непосредственно ГС (после ЧД). Все искажения проявляются в виде ПШ на выходе ЧД.

4.3 ТЕПЛОВЫЕ ШУМЫ В ТФ КАНАЛЕ

 Их порождают собственные ТШ, существующие во всех устройствах РРЛ. Основной вклад вносят ТШ, возникающие в первых каскадах приемника, потому что сиг­нал на входе приемника обычно имеет малый уровень и отношение сигнал-шум в этих каскадах оказывается достаточно невысоким. Тепловые шумы приемника и АФТ принято пересчитывать ко входу приемника. Как показано выше, паразитная ФМ на входе ЧД приводит к появлению шумов на его выходе. В данном случае в ТФ канале появляются тепловые шумы, кото­рые называют ТШ приемника.

Другая причина появления ТШ в ТФ канале - собственные ТШ гетеродинного тракта, главным образом, его автогенератора. Собственные ТШ автогенератора ГТ создают паразитную ФМ его колебаний. Из-за этого сигналы на выходах смесителей приемни­ка и передатчика СВЧ  также приобретают паразит­ную ФМ. Следовательно, сигнал, поступающий на вход ЧД на УРС (ОРС), имеет паразитную ФМ, которая в свою очередь при­водит к появлению ТШ в каналах. Такие шумы называются ТШ гетеродинов в ТФ канале. Для подавления таких шумов в гетеродинных трактах устанавливают узкополосные фильтры (часто два таких фильтра — ФУМ и ФУП). Фильтры ограничивают паразит­ную шумовую девиацию частоты сигнала на выходе смесителя Dw_Ш.

В ТФ канале учитывают также ТШ, вносимые устройствами
группового тракта непосредственно в ТФ канал. Такие шумы на­зывают ТШ модемов.