Рис. 3.6 Спектр двоичного ЧМн сигнала
Разность f 1 - f 2 = Δf называется частотным сдвигом. Частотный сдвиг должен быть таким, чтобы не было наложения гармонических составляющих частоты следования Fc, принадлежащих смежным спектральным диаграммам. Максимальное отклонение частоты Δf m относительно значения несущей частоты f н называется девиацией частоты. Отношение девиации частоты Δf m к частоте следования управляющего сигнала Fc (информационных битов) называется индексом частотной манипуляции, т.е. mf = Δf m / Fc.
Примечание. Если в пределах одного периода следования T с =1/ Fc (рис. 3.3,а), помещается два информационных импульса, то частота следования в два раза меньше скорости передачи информации. Например, для стандартного цифрового канала (64 кбит/с) частота следования Fc =32 кГц.
Ширина спектра ЧМн сигнала зависит от частотного сдвига Δf и частоты следования импульсов или же от частотного сдвига Δf и длительности импульса.
На рис. 3.6, ширина спектра ЧМн сигнала, при ограничении, например, шириной в пределах 1/τ, включает в себя:
- частотный сдвиг Δf или двойное значение девиации частоты Δf m (при симметричном сдвиге частоты относительно несущей частоты f н);
- по две гармоники частоты следования Fc.
Таким образом, ширина спектра частотно-манипулированного сигнала:
Δ F ЧМ = 2k · Fc + 2· Δf m, (3.3)
где k – номер гармоники частоты Fc.
Ширина спектра, выраженная через длительность импульса (в пределах 1/τ):
Δ F ЧМ = 2/τ + 2· Δf m, (3.4)
Рассмотрим пример. Определим, какую ширину спектра должен иметь ЧМн сигнал для передачи по каналу связи со скоростью 64 кбит/с.
Определим длительность импульса. За одну секунду должно пройти 64 000 импульсов. Тогда, τ = 1/64 000 = 15,6 мкс.
Ширина спектра в пределах 1/τ составит 64 кГц. В пределах этой ширины помещается две спектральные линии частоты следования Fc (рис. 3.6). Следовательно, частота Fc = 32 кГц. Примем значение девиации частоты Δf m равным 130 кГц (чтобы не было наложения гармонических составляющих частоты следования Fc, принадлежащих смежным спектральным диаграммам). Таким образом, ширина спектра ЧМн сигнала составит (3.3):
Δ F ЧМн = 2k · Fc + 2· Δf m = 2·2·32 + 2·130 = 388 кГц.
Для передачи ЧМн сигнала по каналу связи со скоростью 9,6 кбит/с, девиацию частоты Δf m можно принять 20 кГц. В этом случае, ширина спектра ЧМн сигнала составит:
Δ F ЧМн = 2 k · Fc + 2·Δf m = 2·2·4,8 + 2·20 = 59,2 кГц.
Таким образом, каналы связи, предназначенные для высокоскоростной передачи данных методом частотной манипуляции, должны быть широкополосными. Чем больше требуемая скорость передачи информации, тем шире должна быть полоса пропускания канала связи.
Существуют также другие способы частотной манипуляции несущей частоты цифровым сигналом. Например, при квадратурной частотной манипуляции каждой паре информационных импульсов выделяется отдельная частота: 00 - f 1; 01 - f 2; 10 - f 3; 11 - f 4. Скорость передачи информации, при этом, увеличивается вдвое.