Модуляція сигналів та її види, порівняння

Вахтін, Ст. е. Модуляція сигналів та її види, порівняння / Ст. е. Вахтін, Є.В. З. Лебедєв, Д. А. Бобрів. - Текст: безпосередній // Молодий учений. - 2023. - № 33 (480). - С. 66-68. - URL: https://moluch.ru/archive/480/105521/ (дата звернення: 09.12.2024).

У статті розглядаються амплітудна, частотна та фазова модуляції та їх особливості. Наведено їх переваги та недоліки.

Ключові слова: сигнал, амплітудна модуляція, частотна модуляція, фазова модуляція, несуча частота, миттєва частота, повна фаза, початкова фаза.

Матеріали текстів з amputide, frequency and phase modulations and their features. Їх відзнаки і розбіжності є given.

Keywords: signal, amplitude modulation, frequency modulation, phase modulation, carrier frequency, instantaneous frequency, full phase, initial phase.

Модуляція — це процес, що змінює будь-які параметри несучого сигналу відповідно до інформаційного сигналу. Отриманий сигнал називають модульованим.

Суть модуляції полягає у двох послідовних задачах:

1. Сформувати опорне коливання, яке буде основою для перенесення сигналу, що найчастіше має гармонійний вигляд.
2. Досягти, щоб один із параметрів опорного сигналу змінювався у часі пропорційно корисному інформаційному сигналу.

Таким чином, ми сформуємо новий сигнал, що складається з двох старих, що несе корисну інформацію, зручніший для передачі, прийому та інших потреб, у зв'язку з якими ми здійснювали модуляцію конкретного сигналу.

У зв'язку з тим, що параметри сигналу кілька модуляцію можна здійснювати декількома способами.Кожен спосіб має свої переваги та недоліки, тому вид модуляції вибирається виходячи з конкретних умов та можливостей.

Амплітудна модуляція

Даний вид модуляції є найпростішим і використовується у передачі даних. Дана модуляція являє собою зміну амплітуди несучого сигналу пропорційно зміні корисного сигналу, що передається (рис.1).

Мал. 1. Амплітудна модуляція

Припустимо, що несучий сигнал є гармонічним

, то модульований сигнал матиме вигляд:

Для запобігання спотворенню знакозмінного сигналу при модуляції часто до сигналу, що модулює, додають постійну складову:

Частотна модуляція

Ще один вид аналогової модуляції. У цьому процесі несучий сигнал також модулюється корисним інформаційним сигналом, але на відміну попереднього способу вже з допомогою іншого параметра — частоти сигналу (рис.2).

Мал. 2. Частотна модуляція

В даному випадку модулюючий сигнал лінійно пов'язаний з миттєвою частотою коливань:

. Миттєва частота дорівнює похідній від повної фази за часом, отже, повна фаза

. В результаті отримуємо:

Фазова модуляція

При фазовій модуляції змінним параметром буде служити фаза несучого сигналу. За своїми характеристиками найбільш подібна до частотної модуляції, проте є дуже складною в реалізації, отже, використовується в аналоговій техніці значно рідше ніж частотна (рис.3).

Мал. 3. Фазова модуляція

Початкова фаза в даному виді модуляції має вигляд:

. Тоді отримуємо сигнал:

Вид модуляції

Мінуси

1.Простота реалізації та декодування сигналу.

2. Широке застосування в радіо та телевізійній передачі.

3.Хороша стійкість до перешкод з низькою швидкістю зміни амплітуди сигналу

1. Низька ефективність використання частотного спектра. 2.Чутливість до шумів та перешкод. 3.Обмежена пропускна спроможність та дальність передачі сигналу.

1.Хороша стійкість до шумів та перешкод.

2. Краща якість звуку та зображення при передачі аудіо та відео сигналів.

3.Велика пропускна здатність та дальність передачі сигналу.

1. Більш складна реалізація та декодування сигналу. 2.Чутливість до змін частоти та нестабільних умов передачі.

1.Стійкість до шумів і перешкод при передачі сигналів.

2.Хороша пропускна здатність та дальність передачі сигналу.

3.Менша чутливість до зміни амплітуди сигналу.

1.Складність реалізації та декодування сигналу.

2. Обмежена доступність та застосування порівняно з амплітудною та частотною модуляцією.

3.Велика чутливість до змін фази сигналу та нестабільних умов передачі.

Були розглянуті найчастіше які у практиці види модуляції сигналів. Кожна з них має свої переваги і недоліки, а як наслідок оптимальна для використання в певних умовах. Немає універсального виду модуляції сигналу для будь-якої поставленої задачі, проте правильний вибір, здійснений відштовхуючись від необхідних нам вимог, сприяє більш якісному, економічному і схибленому зв'язку з одержувачем інформації. Часто застосовуються комбінації цих видів модуляції.

1. Іванов М. Т., Сергієнко А. Би., Ушаков Ст. н. Радіотехнічні ланцюги та сигнали: Підручник для вузів. Стандарт третього покоління/під ред. Ст. н. Ушакова СПб.: Пітер, 2014. - 336с.
2. І. З. Гоноровський.Радіотехнічні ланцюги та сигнали: підручник для вузів - вид. 4-те, перероб. та дод. - М.: Радіо і зв'язок, 1986. - 512 с.
3. З. І. Баскаків. Радіотехнічні ланцюги та сигнали: підручник для вузів - вид. 4-те, перероб. та дод. - М.: Вищ. шк., 2003. - 462 с.

Основні терміни (генеруються автоматично)Осі: фазова модуляція, частотна модуляція, вид модуляції, несучий сигнал, амплітудна модуляція, дальність передачі сигналу, декодування сигналу, повна фаза, пропускна здатність, миттєва частота.

Ключові слова

сигнал, амплітудна модуляції, частотна модуляції, фазова модуляції, несуча частота, миттєва частота, повна фаза, початкова фаза

сигнал, амплітудна модуляції, частотна модуляції, фазова модуляції, несуча частота, миттєва частота, повна фаза, початкова фаза

Схожі статті

Цифрові фільтри з кінцевою імпульсною характеристикою

Описано основні характеристики цифрових фільтрів, включаючи фільтри кінцевої імпульсної характеристикою. Показано, що зміна частоти дискретизації дозволяє практично плавно змінювати крутість фазочастотної характеристики фільтра.

Вимірювач коефіцієнта стоячої хвилі

У статті розглянуто пристрій вимірювання коефіцієнти стоячої хвилі. Наведено структурну та функціональну схеми.

Застосування системи фазового автопідстроювання частоти при відстеженні частоти та фази сигналу

У цій роботі розглядається робота системи фазової автопідстроювання частоти, а також змодельовано та проаналізовано її застосування для відстеження частоти та фази сигналу.

Моніторинг відхилення напруги та частоти для визначення якості електричної енергії

У статті розглядаються принципи використання, методи та прилади для аналізу та контролю якості електричної енергії, зокрема для моніторингу відхилення напруги та відхилення частоти електричної енергії. Проводиться аналіз окремих.

Автоматизація процесу зняття амплітудно-частотних характеристик електронних пристроїв

Резонансний метод визначення частоти

Описано резонансний метод вимірювання частоти, виявлено джерела похибки, розглянуто різні типи частотомірів.

Моделювання амплітудно-частотних залежностей вимушених крутильних коливань системи з двома ступенями свободи

У статті розглядається моделювання вимушених крутильних коливань із двома ступенями свободи.

Моделювання особливостей бінаурального слуху та дослідження спектрального складу звукових сигналів

У статті проводиться дослідження трьох моделей бінаурального сприйняття, характеристик і ознак демаскування при бінауральному сприйнятті мовного сигналу, моделюються особливості бінаурального слуху за допомогою застосування мови розробки LabVIEW N.

Статичні та динамічні похибки систем вимірювань, що вносяться аналого-цифровими перетворювачами та цифро-аналоговими перетворювачами

У цій статті розглядаються статичні та динамічні похибки, що вносяться аналого-цифровими перетворювачами (АЦП) та цифро-аналоговими перетворювачами (ЦАП) у системи вимірювань. Наводиться докладний опис джерел цих похибок та.

Дослідження процесу цифрової обробки сигналу під час роботи з алгоритмом швидкого перетворення Фур'є

Проведено оцінку перетворення Фур'є на прикладі цифрової обробки сигналів, побудовано графіки та суміші сигналу з шумом, досліджено спектр сигналу.

Що таке модуляція та різновиди модульованих сигналів?

Модуляція — це процес перетворення одного або кількох інформаційних параметрів несучого сигналу відповідно до миттєвих значень інформаційного сигналу.

В результаті модуляції сигнали переносяться в область вищих частот.

Використання модуляції дозволяє:

• узгодити параметри сигналу із параметрами лінії;
• підвищити завадостійкість сигналів;
• збільшити дальність передачі сигналів;
• організувати багатоканальні системи передачі (МСП із ЧРК).

Модуляція здійснюється у пристроях модуляторах. Умовне графічне позначення модулятора має вигляд:

Малюнок 1 - Умовне графічне позначення модулятора

При модуляції на вхід модулятора подаються сигнали:

u(t) - модульуючий, даний сигнал є інформаційним та низькочастотним (його частоту позначають W або F);

S(t) - модульований (несучий), даний сигнал є неінформаційним та високочастотним (його частота позначається w₀ або f₀);

Sм(t) - модульований сигнал, даний сигнал є інформаційним та високочастотним.

Як несучий сигнал може використовуватися:

• гармонійне коливання, при цьому модуляція називається аналоговий або безперервний;
• періодична послідовність імпульсів, при цьому модуляція називається імпульсної;
• постійний струм, при цьому модуляція називається шумоподібною.

Оскільки в процесі модуляції змінюються інформаційні параметри коливання, то назва виду модуляції залежить від змінного параметра цього коливання.

1. Види аналогової модуляції:

• амплітудна модуляція (АМ), відбувається зміна амплітуди несучого коливання;
• частотна модуляція (ЧМ), відбувається зміна частоти коливання;
• фазова модуляція (ФМ), відбувається зміна фази коливання.

2. Види імпульсної модуляції:

• амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ)відбувається зміна амплітуди імпульсів несучого сигналу;
• частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ)відбувається зміна частоти проходження імпульсів несучого сигналу;
• Фазо-імпульсна модуляція (ФІМ)відбувається зміна фази імпульсів несучого сигналу;
• Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), відбувається зміна тривалості імпульсів несучого сигналу

Амплітудна модуляція

Амплітудна модуляція — процес зміни амплітуди несучого сигналу відповідно до миттєвих значень модулюючого сигналу.

Розглянемо математичну модель амплітудно-модульованого (АМ) сигналу при гармонійному модулювальному сигналі. При дії модулюючого сигналу

на несуче коливання

відбувається зміна амплітуди несучого сигналу згідно із законом:

де а_ам - Коефіцієнт пропорційності амплітудної модуляції.

Підставивши (3) математичну модель (2) отримаємо:

Винесемо Um за дужки:

Відношення а_ам Um_u/Um = m_ам називається коефіцієнтом амплітудної модуляції. Даний коефіцієнт не повинен перевищувати одиницю, тому що в цьому випадку з'являються спотворення згинальної модульованого сигналу звані перемодуляцією. З урахуванням m_ам математична модель АМ сигналу при гармонійному модулювальному сигналі матиме вигляд:

Якщо модулюючий сигнал u(t) є негармонічним, то математична модель АМ сигналу в цьому випадку матиме вигляд:

Розглянемо спектр АМ сигналу для гармонійного модулюючого сигналу. І тому розкриємо дужки математичної моделі модульованого сигналу, тобто.представимо його у вигляді суми гармонійних складових.

Як видно з виразу в спектрі АМ сигналу є три складові: складова несучого сигналу і дві складові на комбінаційних частотах. Причому складова на частоті ?₀—? називається нижній бічний складник, а на частоті ?₀ + ? — верхньої бічної складової. Спектральні та часові діаграми модулюючого, несучого та амплітудно-модульованого сигналів мають вигляд (рисунок 2).

Малюнок 2 - Тимчасові та спектральні діаграми модулюючого (а), що несе (б) та ампдтудно-модульованого (в) сигналів

Ширина спектра для цього сигналу буде визначатися

Якщо ж модулюючий сигнал є випадковим, то в цьому випадку в спектрі складові сигналу, що модулює, позначають символічно трикутниками (рисунок 3).

Малюнок 3 - Тимчасові та спектральні діаграми сигналів при випадковому модулювальному сигналі

Ширина спектра для цього сигналу буде визначатися

На малюнку 4 наведено часові та спектральні діаграми АМ сигналів при різних індексах m_ам. Як видно при m_ам=0 модуляція відсутня, сигнал є немодульовану несучу, відповідно і спектр цього сигналу має тільки складову несучого сигналу (рисунок 4,

Малюнок 4 - Тимчасові та спектральні діаграми АМ сигналів при різних mам: а) при mам=0, б) при mам=0,5, в) при mам=1, г) при mам>1

а), при індексі модуляції m_ам=1 відбувається глибока модуляція, у спектрі АМ сигналу амплітуди бічних складових дорівнюють половині амплітуди складової несучого сигналу (рисунок 4в), даний варіант є оптимальним, т.е. до. енергія переважно посідає інформаційні складові.На практиці досягти коефіцієнта рівного об'єднайте важко, тому досягають співвідношення 0амам>1 відбувається перемодуляція, що, як зазначалося вище, призводить до спотворення оминаючої АМ сигналу, в спектрі такого сигналу амплітуди бічних складових перевищують половину амплітуди складової несучого сигналу (рисунок 4г).

Основними перевагами амплітудної модуляції є:

• вузька ширина спектра сигналу АМ;
• простота отримання модульованих сигналів.

Недоліками цієї модуляції є:

• низька перешкодостійкість (т. до. при впливі перешкоди на сигнал спотворюється його форма - обгинальна, яка і містить повідомлення, що передається);
• неефективне використання потужності передавача (бо найбільша частина енергії модульованого сигналу міститься в складовій несучого сигналу до 64%, а на інформаційні бічні смуги припадає по 18%).

Амплітудна модуляція знайшла широке застосування:

• у системах телевізійного мовлення (для передачі телевізійних сигналів);
• у системах звукового радіомовлення та радіозв'язку на довгих та середніх хвилях;
• у системі трипрограмного проводового мовлення.

Балансна та односмугова модуляція

Як зазначалося вище, одним із недоліків амплітудної модуляції є наявність складової несучого сигналу в спектрі модульованого сигналу. Для усунення цього недоліку застосовують балансову модуляцію. При балансної модуляціївідбувається формування модульованого сигналу без складової несучого сигналу. В основному це здійснюється шляхом використання спеціальних модульаторів: балансного або кільцевого. Тимчасова діаграма та спектр балансно-модульованого (БМ) сигналу представлений на малюнку 5.

Малюнок 5 - Тимчасові та спектральні діаграми модулюючого (а), що несе (б) та балансно-модульованого (в) сигналів

Також особливістю модульованого сигналу є наявність у спектрі двох бічних смуг несучих однакову інформацію. Пригнічення однієї зі смуг дозволяє зменшити спектр модульованого сигналу і, відповідно, збільшити кількість каналів лінії зв'язку. Модуляція при якій формується модульований сигнал з однією бічною смугою (верхньою або нижньою) називається односмуговий. Формування односмугово-модульованого (ОМ) сигналу здійснюється з БМ сигналу спеціальними методами, що розглядаються нижче. Спектри ОМ сигналу представлені малюнку 6.

Малюнок 6 - Спектральні діаграми односмугово-модульованих сигналів: а) з верхньою бічною смугою (ВБП); б) з нижньою бічною смугою (НБП)

Частотна модуляція

Частотна модуляція — процес зміни частоти несучого сигналу відповідно до миттєвих значень модулюючого сигналу.

Розглянемо математичну модель частотно-модульованого (ЧМ) сигналу при гармонійному модулювальному сигналі. При дії модулюючого сигналу

на несуче коливання

відбувається зміна частоти несучого сигналу згідно із законом:

де а_чм - Коефіцієнт пропорційності частотної модуляції.

Оскільки значення sin ? t може змінюватись в діапазоні від -1 до 1, то найбільше відхилення частоти ЧС сигналу від частоти несучого сигналу становить

Величина Dw_m називається девіацією частоти. Отже, девіація частоти показує максимальне відхилення частоти модульованого сигналу від частоти несучого сигналу.

Значення ? _чм(t) безпосередньо підставити S(t) не можна, т.е. до. аргумент синуса ? t+j є миттєвою фазою сигналу ?(t) яка пов'язана з частотою виразом

Звідси випливає що, щоб визначити?_чм(t) необхідно проінтегрувати ?_чм(t)

Причому у виразі (12)? є початковою фазою несучого сигналу.

називається індексом частотної модуляції.

Враховуючи (12) та (13) математична модель ЧС сигналу при гармонійному модулювальному сигналі матиме вигляд:

Тимчасові діаграми, що пояснюють процес формування частотно-модульованого сигналу наведені на малюнку 7. На перших діаграмах а) і б) представлені відповідно несучий і модульуючий сигнали, на малюнку в) представлена ​​діаграма, що показує закон зміни частоти ЧС сигналу. На діаграмі г) представлений частогтно-модульований сигнал, що відповідає заданому модулюючого сигналу, як видно з діаграми будь-яка зміна амплітуди модулюючого сигналу викликає пропорційну зміну частоти несучого сигналу.

Малюнок 7 - Формування ЧС сигналу

Для побудови спектра ЧС сигналу необхідно розкласти математичну модель на гармонійні складові. В результаті розкладання отримаємо

де J_k(Mчм) - Коефіцієнти пропорційності.

J_k(Mчм) визначаються за функціями Бесселя і залежить від індексу частотної модуляції. На малюнку 8 представлений графік, що містить вісім функцій Бесселя. Для визначення амплітуд складових діапазону ЧС сигналу необхідно визначити значення функцій Бесселя для заданого індексу. Причому як

Малюнок 8 - Функції Бесселя

видно з малюнка різні функції мають початок у різних значеннях Мчм, а отже, кількість складових у спектрі буде визначатися Мчм (з збільшується індексу збільшується і кількість складових спектра).Наприклад, необхідно визначити коефіцієнти J_k(Мчм) за Мчм=2. За графіком видно, що з заданому індексі можна визначити коефіцієнти для п'яти функцій (J₀, J₁, J₂, J₃, J₄) Їх значення при заданому індексі дорівнюватиме: J₀=0,21; J₁=0,58; J₂=0,36; J₃=0,12; J₄=0,02. Всі інші функції починаються після значення Мчм=2 і дорівнюють, відповідно, нулю. Для наведеного прикладу кількість складових у спектрі ЧС сигналу дорівнюватиме 9: одна складова несучого сигналу (Um J₀) і по чотири складові в кожній бічній смузі (Um J₁; Um J₂; Um J₃; Um J₄).

Ще однією важливою особливістю спектра ЧС сигналу є те, що можна домогтися відсутності складової несучого сигналу або зробити її амплітуду значно меншою за амплітуд інформаційних складових без додаткових технічних ускладнень модулятора. Для цього необхідно підібрати такий індекс модуляції Мчм, при якому J₀(Мчм) дорівнюватиме нулю (у місці перетину функції J₀ з віссю Мчм), наприклад, Мчм=2,4.

Оскільки збільшення складових призводить до збільшення ширини спектра ЧС сигналу, значить, ширина спектра залежить від Мчм (рисунок 9). Як видно з малюнка, при Мчм ?0,5 ширина спектра ЧС сигналу відповідає ширині спектра сигналу АМ і в цьому випадку частотна модуляція є вузькосмуговий, зі збільшенням Мчм ширина спектра збільшується, і модуляція у разі широкосмуговий. Для ЧС сигналу ширина спектра визначається

Перевагою частотної модуляції є:

• висока завадостійкість;
• більш ефективне використання потужності передавача;
• порівняльна простота отримання модульованих сигналів.

Основним недоліком даної модуляції є велика ширина спектра модульованого сигналу.

Частотна модуляція використовується:

• у системах телевізійного мовлення (для передачі сигналів звукового супроводу);
• системах супутникового теле- та радіомовлення;
• системах високоякісного стереофонічного мовлення (FM діапазон);
• радіорелейних лініях (РРЛ);
• мобільного телефонного зв'язку.

Малюнок 9 - Спектри ЧС сигналу при гармонійному модулюючому сигналі і різних індексах Мчм: а) при Мчм=0,5, б) при Мчм=1, в) при Мчм=5

Фазова модуляція

Фазова модуляція - процес зміни фази несучого сигналу відповідно до миттєвих значень модулюючого сигналу.

Розглянемо математичну модель фазо-модульованого (ФМ) сигналу при гармонійному модулювальному сигналі. При дії модулюючого сигналу

на несуче коливання

відбувається зміна миттєвої фази несучого сигналу за законом:

де а_фм - Коефіцієнт пропорційності частотної модуляції.

Підставляючи ?фм(t) в S(t) отримуємо математичну модель ФМ сигналу при гармонійному сигналі, що модулює:

Твір а_фм Um_u=Dj_m називається індексом фазової модуляції або девіацією фази.

Оскільки зміна фази викликає зміну частоти, то використовуючи (11) визначаємо закон зміни частоти ФМ сигналу:

Твір а_фмUm_u?=??_m є девіацією частоти фазової модуляції. Порівнюючи девіацію частоти при частотної і фазової модуляціях можна дійти невтішного висновку, що і за ЧС і за ФМ девіація частоти залежить від коефіцієнта пропорційності і амплітуди модулюючого сигналу, але за ФМ девіація частоти також залежить і від частоти модулюючого сигналу.

Тимчасові діаграми, що пояснюють процес формування ФМ сигналу, наведені на малюнку 10.

При розкладанні математичної моделі ФМ сигналу на гармонійні складові вийде такий самий ряд, як і при частотній модуляції (15), з тією різницею, що коефіцієнти J_k будуть залежати від індексу фазової модуляції? ?_m (J_k(? ?_m)). Визначаться ці коефіцієнти будуть аналогічно, як і за ЧС, т.е. е. за функціями Бесселя, з тією різницею, що з осі абсцис необхідно замінити Мчм на ? ?_m. Оскільки спектр ФМ сигналу будується аналогічно спектру ЧС сигналу, то для нього характерні самі висновки що і для ЧС сигналу (пункт 1.4).

Малюнок 10 - Формування ФМ сигналу

Ширина спектра ФМ сигналу визначається виразом:

Достоїнствами фазової модуляції є:

• висока завадостійкість;
• більш ефективне використання потужності передавача.
• Недоліками фазової модуляції є:

• велика ширина спектра;
• порівняльна труднощі отримання модульованих сигналів та їх детектування

Дискретна двійкова модуляція (маніпуляція гармонійної несучої)

Дискретна двійкова модуляція (маніпуляція) - окремий випадок аналогової модуляції, при якій як несучий сигнал використовується гармонійна несуча, а в якості модулюючого сигналу використовується дискретний, двійковий сигнал.

Розрізняють чотири види маніпуляції:

• амплітудну маніпуляцію (АМн чи АМТ);
• частотну маніпуляцію (ЧМН чи ЧМТ);
• фазову маніпуляцію (ФМН чи ФМТ);
• відносно-фазову маніпуляцію (ОФМн чи ОФМ).

Тимчасові та спектральні діаграми модульованих сигналів при різних видах маніпуляції представлені на малюнку 11.

При амплітудної маніпуляції, так само як і за будь-якого іншого модулюючого сигналу огинаюча S_АМн(t) повторює форму модулюючого сигналу (рисунок 11, в).

При частотної маніпуляції використовуються дві частоти?₁ і?₂. За наявності імпульсу в модулюючому сигналі (посиланні) використовується вища частота ?₂, за відсутності імпульсу (активної паузи) використовується нижча частота w₁ відповідна немодульована несуча (рисунок 11, г)). Спектр частотно-маніпульованого сигналу S_ЧМн(t) має дві смуги біля частот?₁ і?₂.

При фазової маніпуляції фаза несучого сигналу змінюється на 180° у момент зміни амплітуди модулюючого сигналу. Якщо слідує серія з кількох імпульсів, то фаза несучого сигналу на цьому інтервалі не змінюється (рисунок 11, д).

Малюнок 11 - Тимчасові та спектральні діаграми модульованих сигналів різних видів дискретної двійкової модуляції

При відносно-фазовій маніпуляції фаза несучого сигналу змінюється на 180° лише на момент подачі імпульсу, т.к. е. при переході від активної паузи до посилки (0-1) або від посилки до посилки (1-1). При зменшенні амплітуди модулюючого сигналу фаза несучого сигналу не змінюється (рисунок 11, е). Спектри сигналів при ФМн та ОФМн мають однаковий вигляд (рисунок 9, е).

Порівнюючи спектри всіх модульованих сигналів можна назвати, що найбільшу ширину має спектр ЧМн сигналу, найменшу — АМн, ФМн, ОФМн, але спектрах ФМн і ОФМн сигналів відсутня складова несучого сигналу.

З огляду на більшу завадостійкість найбільшого поширення набули частотна, фазова та відносно-фазова маніпуляції. Різні їх види використовуються в телеграфії, при передачі даних, в системах рухомого радіозв'язку (телефонного, транкінгового, пейджингового).

Імпульсна модуляція

Імпульсна модуляція — це модуляція, при якій як несучий сигнал використовується періодична послідовність імпульсів, а як модульуючий може використовуватися аналоговий або дискретний сигнал.

Оскільки періодична послідовність характеризується чотирма інформаційними параметрами (амплітудою, частотою, фазою та тривалістю імпульсу), то розрізняють чотири основні види імпульсної модуляції:

• амплітудно-імпульсна модуляція (АІМ); відбувається зміна амплітуди імпульсів несучого сигналу;
• частотно-імпульсна модуляція (ЧІМ), відбувається зміна частоти проходження імпульсів несучого сигналу;
• фазо-імпульсна модуляція (ФІМ), відбувається зміна фази імпульсів несучого сигналу;
• широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), відбувається зміна тривалості імпульсів несучого сигналу.

Тимчасові діаграми імпульсно-модульованих сигналів представлені малюнку 12.

При АІМ відбувається зміна амплітуди несучого сигналу S(t) відповідно до миттєвих значень модулюючого сигналу u(t), тобто оминає імпульсів повторює форму модулюючого сигналу (рисунок 12, в).

При ШІМ відбувається зміна тривалості імпульсів S(t) відповідно до миттєвих значень u(t) (рисунок 12, г).

Рисунок 12 – Тимчасові діаграми сигналів при імпульсній модуляції

При ЧИМ відбувається зміна періоду, відповідно і частоти, що несе сигналу S(t) відповідно до миттєвими значеннями u(t) (рисунок 12, д).

При ФІМ відбувається зміщення імпульсів несучого сигналу щодо їх тактового (тимчасового) положення в немодульованій несучій (тактові моменти позначені на діаграмах точками Т, 2Т, 3Т тощо). ФІМ сигнал представлений малюнку 12, е.

Оскільки при імпульсній модуляції переносником повідомлення є періодична послідовність імпульсів, то спектр імпульсно-модульованих сигналів є дискретним і містить безліч спектральних складових. Структура бічних смуг біля кожної складової сигналу залежить від виду модуляції.

Малюнок 13 - Спектр імпульсно-модульованого сигналу

Також важливою особливістю спектра імпульсно-модульованих сигналів є те, що ширина спектру модульованого сигналу, крім ШІМ, не залежить від модулюючого сигналу. Вона повністю визначається тривалістю імпульсу несучого сигналу. модуляції та ширина спектра також залежать від модулюючого сигналу.

Частоту проходження імпульсів несучого сигналу може бути визначена за теоремою В. А. Котельникова як f₀ =2Fmax. При цьому Fmax – це верхня частота спектру модулюючого сигналу.

Передача імпульсно модульованих сигналів по високочастотних лініях зв'язку неможлива, тому що спектр цих сигналів містить низькочастотні складові. повторну модуляцію.Це модуляція, при якій в якості модулюючого сигналу використовують імпульсно-модульований сигнал, а в якості несучого гармонійне коливання.Для повторної модуляції може використовуватися будь-який із видів аналогової модуляції: АМ, НС, ФМ. Отримана модуляція позначається двома абревіатурами: перша вказує на вигляд імпульсної модуляції, а друга - на вигляд аналогової модуляції, наприклад АІМ-АМ (рисунок 14, а) або ШІМ-ФМ (рисунок 14, б) і т.д. буд.

Рисунок 14 - Тимчасові діаграми сигналів при повторній імпульсній модуляції

Запис опублікована в рубриці «Початківцям», Радіоаматор, Теорія з мітками ssb, модуляція. Додайте до закладок постійне посилання.