Modulationsarten für die Fernkommunikation auf UKW. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Zivile Funkkommunikation

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Langstrecken-Funkverkehr auf UKW ist keine Seltenheit mehr. Mittlerweile führt eine ziemlich große Anzahl von Funkamateuren regelmäßig Kommunikation mit Aurora, Reflexion von Meteorspuren, verschiedenen Arten von Repeatern usw. Daher scheint die Frage nach der Auswahl der effektivsten Modulationsart für die Fernkommunikation auf UKW zu sein recht modern.

Entscheidend für die Möglichkeit des Verbindungsaufbaus ist vor allem der Signal-Rausch-Abstand am Ausgang des Empfängers. Eine Kommunikation ist nur möglich, wenn dieses Verhältnis für einen verständlichen Empfang von Signalen ausreicht. Am vorteilhaftesten unter diesem Gesichtspunkt ist der Hörempfang von Telegrafensignalen, der bereits bei Verhältnissen von 0,5-1 (von -6 bis 0 dB) möglich ist. Darüber hinaus ermöglicht es die Begrenzung der Empfängerbandbreite auf 0,5-1 kHz, was die Verständlichkeit etwas verbessert. Eine weitere Einengung ist aufgrund der Eigenschaften des menschlichen Gehörs nicht praktikabel: Vor dem Hintergrund schmalbandiger Geräusche ist es schwieriger, das Signal zu analysieren. Beispielsweise steigt bei einer Bandbreite von 100 Hz der benötigte Signal-Rausch-Abstand bereits auf 2-3 (6-10 dB).

Für einen zufriedenstellenden Sprachempfang muss der Signal-Rausch-Abstand höher sein als beim Empfang von Telegrafensignalen. Auf Abb. Abbildung 1 zeigt einen Graphen der Verständlichkeit R eines Sprachsignals (in Prozent und bedingten Punkten der RS-Skala) über dem Signal-Rausch-Verhältnis am Empfängerausgang. Aus der Grafik ist ersichtlich, dass für die Verständlichkeit von 50 % der Signale (befriedigender Empfang) ein Verhältnis von drei (10 dB) erforderlich ist. Wenn wir also den Telegrafen und die weit verbreitete Einseitenbandmodulation vergleichen, stellt sich heraus, dass bei gleicher Sendeleistung die Kommunikationsreichweite per Telegraf größer ist. Und umgekehrt ist bei gleicher Kommunikationsreichweite die erforderliche Leistung des SSB-Senders 10-40-mal (10-16 dB) höher. SSB kann jedoch in der Effizienz näher an den Telegraphen gebracht werden, wenn der Dynamikbereich von Sprachsignalen komprimiert wird, was einen bis zu 10-fachen Leistungsgewinn ergibt.

Ris.1

Telegraphen- und SSB-Empfänger (mit Mischdetektoren) unterscheiden sich von Empfängern, die für andere Modulationsarten ausgelegt sind, durch ein charakteristisches Merkmal - die Signal-Rausch-Abstände stimmen in ihren ZF-Pfade und an den Ausgängen überein, da hier keine eigentliche Detektion stattfindet, sondern eine lineare Frequenzumwandlungsoperation. Für alle anderen Modulationsarten gibt es einen Schwellen-Rauschabstand, unterhalb dessen das Signal im Detektor des Empfängers durch Rauschen unterdrückt wird. Dies ist aus den Grafiken in Abb. 2, die die Abhängigkeiten der Signal-Rausch-Abstände am Eingang und Ausgang des Detektors für verschiedene Modulationsarten zeigen. Die horizontale Achse repräsentiert das Verhältnis von Spitzensignalleistung zu Rauschleistung bei einer Bandbreite von 3 kHz am Eingang.

Ris.2

Es wird angenommen, dass für AM und Schmalband-FM mit Index m=1 (Abweichung ±3 kHz) die ZF-Bandbreite des Empfangspfades 6 kHz und für Breitband-FM mit m=5 (Abweichung ±15 kHz) - 30 kHz beträgt. Die Schwelle (Wendepunkt des Diagramms) für AM und Schmalband-FM wird bei einem Signal-Rausch-Verhältnis am Detektoreingang von 5-7 dB beobachtet, für Breitband-FM - viel früher. Wenn wir also AM, Schmalband und Breitband-FM vergleichen, können wir schließen, dass Schmalband-FM einen deutlich besseren Signal-Rausch-Abstand am Empfängerausgang und damit eine größere Kommunikationsreichweite bietet. Beim Arbeiten mit einer solchen FM oberhalb der Schwelle wird sogar ein etwas besseres Verhältnis gegenüber CW und SSB erreicht.

Da diese Art der Modulation unter Funkamateuren noch relativ selten ist, lohnt es sich, näher darauf einzugehen. Der FM-Sender ist strukturell einfacher als der SSB-Sender, er benötigt keine hohen Leistungen des Sprachsignals zur Modulation (wie bei AM). Seine Ausgangsleistung ist konstant und gleich der Spitze, daher ist es viel einfacher, einen solchen Sender (insbesondere einen Transistorsender) zu entwerfen und einzurichten. Übersprechen und Impulsrauschen wirken sich hier deutlich weniger aus. als bei AM, da der Detektor nicht auf Änderungen der Signalamplitude reagiert. UKW-Sender erzeugen weniger Störungen, insbesondere Fernsehstörungen.

Sorgt der FM-Modulator des Senders für einen gleichmäßigen Anstieg hoher Frequenzen (ca. 6 dB pro Oktave) und umgekehrt, im Tieftonverstärker des Empfängers, dämpft er hohe Frequenzen, so wird die Verstärkung durch Korrektur (bei Betrieb über der Schwelle ) kann 10 dB erreichen. Die Dynamikkompression ist genauso effektiv wie andere Modulationsarten – sie erhöht den durchschnittlichen Frequenzhub und verhindert eine Übersteuerung.

Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich alle diese Vorteile nur manifestieren, wenn ein spezieller Frequenzdetektor (Limiter-Diskriminator oder Ratio-Detektor) im Empfänger verwendet wird. Wenn der Detektor auf Amplitudenmodulation anspricht, entspricht Schmalband-FM ungefähr AM.

Zusammenfassend können wir den Schluss ziehen, dass die Telegrafenbetriebsart mit Hörempfang die "langreichste" ist. An zweiter Stelle hinsichtlich der erreichbaren Kommunikationsreichweite steht SSB, Schmalband-FM nähert sich dieser Modulationsart. AM und Breitband-FM sind für die Fernkommunikation am wenigsten vorteilhaft.

Autor: V. Polyakov (RA3AAE); Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru

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