Види модуляцій радіосигналу
(AM); 2) кутова модуляція, що поділяється на два дуже схожі методи:
частотну модуляцію (ЧМ) та фазову модуляцію (ФМ); 3) імпульсна модуляція
(ІМ). Різні схеми модуляції поєднують два ці методи або більше,
утворюючи складні системи зв'язку. Телебачення, наприклад, використовує як AM,
так і ЧС для різних типів інформації, що передається. Імпульсна модуляція
поєднується з амплітудною, утворюючи імпульсну амплітудну модуляцію (АІМ),
і т.д. Не завжди можна знайти чітко виражені підстави для
використання тієї чи іншої методу модуляції. У деяких випадках цей
вибір передбачається законом (у США контроль здійснює Федеральна
комісія зі зв'язку - ФКС). Необхідно суворо дотримуватись правил і
інструкцій незалежно від цього, яка схема модуляції використовується.
У всіх методах модуляції несучої служать синусоїдальні коливання
кутової частоти (н, які виражаються у вигляді
де Ан - амплітуда, а (нt + (н - миттєва фаза (зазначимо, що (нt, так само)
як і (н, вимірюється в градусах чи радіанах). Фазовий зсув (н введений для
надання рівнянню (la) більшої спільності. Аналогічно модулюючий сигнал
може бути представлений як
для AM, ЧС та ФМ або у вигляді імпульсу у разі імпульсної модуляції.
Вираз (м може бути використаний для позначення швидше смуги частот,
ніж одинична частота. Наприклад, ми будемо розглядати AM у радіомовленні,
де модулюючий сигнал складається із смуги звукових частот (20-16 000 Гц).
2.1. АМПЛІТУДНА МОДУЛЯЦІЯ (AM)
З якісного боку амплітудна модуляція (AM) може бути
визначена як зміна амплітуди несучої пропорційно до амплітуди
модулюючого сигналу (рис. 1, а). Для модулюючого сигналу великий
Мал. 1.Амплітудна модуляція ((м1.
У таблиці на рис. 3 наведені амплітуда та потужність для кожної з
трьох частотних компонентів модульованого коливання.
| |Кутова |Ампліту|Відносна |Відносна |
| |частота |і |амплітуда |потужність |
|Верхня бічна|(н+(м |Ам/2 |m/2 |(m/2)2) |
|Нижня бічна |(н-(м |Ам/2 |m/2 |(m/2)2) |
РНР. 3. Потужність та амплітуда АМ-коливань.
Для 100%-ної модуляції (m=1) та потужності несучої 1 кВт повна потужність
модульованих коливань становить 1 кВт+(1/2)2 кВт+(1/2)2 кВт=1,5 кВт.
Зазначимо, що при m=1 потужність, укладена в обох бічних смугах,
складає половину потужності несучої. Аналогічно при m=0,5 потужність обох
бічних смугах становить 1/8 потужності несучої. Вказане вище має місце
лише для синусоїдальної форми AM. Амплітудна модуляція може бути
використана у передачі імпульсних значень.
При звичайній модуляції з двома бічними смугами, що використовується в
радіомовлення, інформація передається виключно у бічних смугах. Для
щоб отримати, наприклад, хорошу якість звуку, необхідно працювати
у смузі частот шириною 2М, де М - ширина смуги високоякісного
відтворення звуку (20-20 000 Гц). Це означає, що стандартне АМ-
радіомовлення, наприклад, із частотами до 20 кГц повинно мати ширину смуги
±20 кГц (всього 40 кГц), враховуючи верхню та нижню бічні смуги. Однак на
на практиці ширина смуги частот за правилами ФКС обмежується величиною 10
кГц ((5 кГц), що передбачає для радіопередачі звуку ширину смуги
всього лише 5 кГц, що далеко від умов високоякісного
відтворення. Радіомовлення з частотною модуляцією, як це буде
показано нижче, має ширшу смугу частот.
Федеральна комісія зв'язку також встановлює допуски частоти всіх
розподілів частот у США. Усі АМ-радіомовлення (535-1605 кГц) має
допустимі відхилення 20 Гц, або близько 0,002%. Ця точність і
стабільність частоти може бути досягнута шляхом використання кварцових
Детектування чи демодуляція АМ-коливань потребує випрямлення
модульованого сигналу, що супроводжується винятком несучої частоти з
допомогою відповідної фільтрації. Ці дві стадії відтворення
модулюючого сигналу можуть бути продемонстровані на прикладі коливання,
зображеного на рис. 2, а. Після випрямлення залишається лише половина
коливання, а після фільтрації присутня лише його огинаюча, яка
є відтвореним сигналом.
На рис. 4 наведені функціональні схеми передавальної та приймальної систем
з амплітудною модуляцією.
а-функціональна схема передавача; б-функціональна схема приймача.
Передавач містить два джерела: сигнали модуляції - від мікрофона,
програвача і т.д. і несучою - від генератора з кварцовою стабілізацією.
Модулюючий сигнал і несуча вводяться в модулятор, який виробляє
модульований сигнал, який потім передається через антену. У
більшості передавачів великої потужності модуляція здійснюється в
останньому каскаді системи для того, щоб уникнути необхідності посилювати
модульований сигнал. Посилення несучого та модулюючого сигналу відбувається
окремо. Ступінь модуляції контролюється зміною амплітуди модуляції
та підтриманням постійної амплітуди несучої. Відколи передається
потужність стала лімітуватися ФКС, більшість радіомовних станцій
має автоматичне управління та контроль потужності, як це показано
штриховими лініями на рис. 4, а.
Приймач (мал.4,б) містить високочастотний підсилювач, який
посилює сигнал, прийнятий антеною. ВЧ-підсилювач налаштовується; його
частота настройки може бути змінена (в діапазоні радіомовлення для АМ-
приймачів) для вибору потрібної станції. Термін «виборчість»,
застосований до приймача, відноситься до здатності приймача вибирати
окрему станцію (частоту), не приймаючи при цьому сигналів від сусідніх до
ній станцій. Наприклад, якщо приймач має погану вибірковість, то при
налаштування на станцію WQXP (1560 кГц) може бути також прийнята інша,
суміжна станція WWRL (1600 кГц). Зрозуміло, що приймач з такою поганою
вибірковістю є непридатним. Потрібно також пам'ятати, що ВЧ-
підсилювач повинен мати ширину смуги 5 кгц для звукових сигналів (дві
бічні лінії вимагають ширину лінії (5 кГц навколо частоти несучої). Таким
чином, потрібна смуга частот 10 кГц спільно з високою
вибірковістю, яка означає дуже круті спади частотної
характеристики контуру, що перебудовується, що забезпечують суттєве
ослаблення сигналів поблизу обраної частоти, але що знаходяться поза смугою
Приймач, показаний на рис. 4,б, є приймачем або прямого
посилення (суцільні лінії) або гетеродинного типу (штрихові лінії). У
останньому прийнятий ВЧ-сигнал (н поєднується з коливаннями від місцевого
генератора-гетеродина (м. В результаті виникають два сигнали - з частотами
(г-(н і (г+(н. сигнал із різницевою частотою) (г-(н посилюється підсилювачем)
проміжної частоти (УПЧ) і потім підводиться до детектора. На рис. 4,б
штриховими лініями замість суцільних ліній між ВЧ-підсилювачем та детектором
представлена функціональна схема гетеродинного приймача. Такий метод
прийому дозволяє налаштовуватися на будь-яку станцію, тоді як
проміжна частота залишається рівною 455 кГц і легко посилюється
підсилювачами з фіксованою частотою налаштування. Зазначимо, що для того,
щоб налаштуватись на станцію, потрібно змінювати (г і (н одночасно, і, таким
чином, різниця (г-(н залишається незмінною. Приймач гетеродинного типу
має кращу вибірковість та набагато більшу чутливість. Мінімально
помітний їм сигнал становить 10 мкВ на антені. Коли ми говоримо
«розрізняється», то маємо на увазі перевищує рівень шумів приймача.
2. ЧАСТОТНА МОДУЛЯЦІЯ, ФАЗОВА МОДУЛЯЦІЯ
У методі частотної модуляції (ЧМ) амплітуда модулюючого сигналу
керує миттєвою частотою несучої. Ідеальна ЧС не вносить змін до
амплітуду несучої. Отже, форма напруги модульованої несучої
може бути виражена у вигляді
де (н і (м - відповідно несуча частота та частота модуляції, а ( -
індекс модуляції Частоти модульованого коливання можуть бути отримані з
вираз cos[(нt+((sin((мt))) з використанням тригонометричних формул і
спеціальних таблиць (функції Бесселя).
Індекс модуляції ( визначається як ((н/(м=(fн/fм - відношення)
максимальної девіації частоти (за один період модулюючого сигналу) до
частоті модуляції. Детальний аналіз частотної модуляції складний. Розглянемо
на прикладах основні риси цього. Припускатимемо наявність
одиночної частоти модуляції (м (ем = Амsin ((мt))).
Девіація частоти ((н прямо пропорційна миттєвому значенню
модулюючого сигналу ем=Амsin((мt). Таким чином, ((н можна виразити)
де kf – коефіцієнт пропорційності, аналогічний за своїм характером
чутливість; він дає девіацію частоти на 1 В (((/В). Отже,
при (нt=90° (sin((нt)=1)) ((н=kfАм - максимальна девіація частоти)
синусоїдального модулюючого сигналу. Наприклад, якщо sin((нt)=0,5,
kf=2((1000 (рад/с)/В=1000 Гц/В і Ам=10В, ми отримуємо
((н=2((1000(10(0,5=2((5000 рад/с, т. е.) девіацію частоти несучої 5 кГц)).
Максимальне значення (fн за цих умов (sin((нt)=1) становитиме
10 кГц. Зазначимо, що оскільки sin((нt ) може бути рівним +1 або -1, то (fн
макс=(10 кГц. Якщо встановлено значення fм, можна обчислити індекс модуляції
(. Для fм=2000(=10000/2000 ((fн/fм ); таким чином, (=5. Індекс модуляції)
повинен бути завжди можливо більшим, щоб отримати вільне від шумів
правильне відтворення сигналу, що модулює. Девіація частоти (fн у ЧС-
радіомовлення обмежена величиною до +75 кгц. Це призводить до значення
(=75/15=5 для звукового модулюючого сигналу з максимальною частотою 15
Досліджуючи зміни частоти несучої з ЧС, є спокуса дійти висновку
про те, що ширина смуги, необхідної для ЧС-передачі становить ±((н,
або 2((н, оскільки несуча змінюється за частотою не більше ±((н, т. е.)).
(чм((н±((н.Цей висновок, однак, повністю помилковий). Може бути показано, що
ЧС-коливання складаються з несучої та бічних смуг аналогічно AM з одним лише
істотною відмінністю: при ЧС існує безліч бічних смуг (рис. 5).
Амплітуди бічних смуг пов'язані дуже складно з індексом
модуляції. Зазначимо, що частоти бічних смуг пов'язані лише з частотою
модулюючого сигналу (м, а не з девіацією частоти ((н. для попереднього)
прикладу, коли (=5 і (м=15 кГц (максимум), ми отримуємо сім пар смуг
((н±(м, (н±2(м, (н±3(м, і т.д.)) з амплітудами, що змінюються), але
перевищують значення 0,04Ан. Усі інші пари за межами (н±7(м мають
амплітуди нижче за рівень 0,02Ан.
Перша пара бічних смуг може бути описана як
0,33А([sin((н+(м)t+sin((н-(м)t))] має амплітуду 0,33 Ан; друга пара -
(н(2(м - має амплітуду 0,047Ан.) Зазначимо, що амплітуди різних бічних
смуг не є монотонно спадаючими в міру того, як їх частоти все
більше і більше віддаляються від (н. Фактично в наведеному прикладі з (=5
Найбільшою по амплітуді (0,4 Ан) є четверта пара бічних смуг.
Амплітуди різних бічних смуг отримані зі спеціальних таблиць,
описують ці смуги для різних значень (. Очевидно, що ширина
смуги, необхідна передачі семи пар бічних смуг, становить ±7(15
кГц, або 14 (15 кГц = 210 кГц (для fм = 15 кГц). На цій же підставі ширина
смуги, необхідна для (=10 (((н/(м=10), дорівнює 26fм; 13 бічних смуг)
цьому випадку становитимуть 26(15=390 кГц. Таким чином, частотна модуляція
вимагає значної ширини смуги частот і, як наслідок, використовується
лише за несучих із частотами 100 МГц і від.
Мал. 5. Бічні лінії ЧС.
(Н-несуча частота; (М-частота модуляції.)
Частотно-модульований зв'язок набагато менш чутливий до перешкод.
Шуми, що потрапляють у ЧС-сигнал, будь то атмосферні обурення (статичні),
теплові шуми в лампах та опорах або будь-які інші шуми, мають
меншу можливість проводити прийом, ніж у разі AM. Основною причиною
цього просто той факт, що більшість шумів амплітудно
модулюють несучу. Роблячи приймач нечутливим до змін амплітуди,
практично усуваємо цю небажану модуляцію. Відновлення
інформаційного сигналу з ЧС-хвилі пов'язано лише з частотним
детектуванням, при якому вихідний сигнал залежить лише від змін
частоти ЧС-сигналу, а чи не від його амплітуди. Більшість приймачів містить
підсилювач-обмежувач, який підтримує постійну амплітуду ЧС-
коливань, усуваючи цим будь-який АМ-сигнал.
Існують різні методи ЧС-детектування та селекції. В основі
більшості методів лежить використання нахилу частотної характеристики
резонансного контуру (рис. 6). Амплітуда відгуку змінюється із частотою. Для
(н+((н отримуємо амплітуду А1, для (н-((н - амплітуду А2), а для частот між
Мал. 6. Принцип використання резонансного контуру як частотного
(н+((н і (н-((н маємо всі проміжні амплітуди між А1 та А2.))
сигнал відповідає девіації частоти вхідного сигналу (хоч і не зовсім
лінійно в простому резонансному контурі) і тим самим відтворює
початковий модулюючий сигнал.
Ланцюг фазового автопідстроювання (ФАП), незабаром став одним з найбільш
поширених засобів ЧС-детектування, особливо стосовно
імпульсним модулюючим сигналам. Деякі схеми ФАП забезпечені логічними
вихідними схемами, узгодженими з відповідними вхідними сигналами
Як зазначалося раніше, ЧС - лише один тип кутової модуляції. Іншим
є фазова модуляція. Ця модуляція дуже схожа на ЧС. При фазовій
модуляції миттєва фаза несучої змінюється пропорційно миттєвої
амплітуді модулюючого сигналу Це призводить до зміни несучої частоти
(Н, як видно з рівняння
де kф, - коефіцієнт пропорційності, що вимірюється в одиницях рад/В.
Фазова та частотна модуляція часто використовуються в одній системі модуляції,
оскільки прийом та детектування обох ідентичні.
Функціональні схеми передавача та приймача з ЧС майже ті ж, що й
для AM. Ширина смуги частот ЧС суттєво ширша, а несуча частота
значно вище (100 МГц та більше).Більш широка смуга частот призводить до
більш правильному відтворенню вхідних звукових сигналів, так що звуки з
частотами вищими 5 кГц повинні передаватися системами ЧС. У приймачах з
частотною модуляцією іноді використовується подвійне гетеродинування з двома
проміжними частотами - 5 МГц та 455 кГц.
3. ІМПУЛЬСНА МОДУЛЯЦІЯ (ЇМ)
Імпульсна модуляція (ІМ) не є насправді якимось
спеціальним типом модуляції. Цей термін характеризує швидше вид модулюючого
сигналу. Далі розрізняють імпульсну амплітудну та імпульсну частотну
модуляції. Тут враховують те, як інформація представлена — з
допомогою імпульсу чи низки імпульсів. Можна розглядати як
модульованої величини амплітуду імпульсу, або його ширину, або його положення
у послідовності імпульсів і т. д. Отже, існує велике
різноманітність методів імпульсної модуляції. Всі вони використовують як
форми передачі чи AM, чи ЧС.
Мал. 7. Послідовність імпульсів, що відображають число 37 двоично-
десятковий код (молодший значний розряд перший).
Імпульсна модуляція може бути використана для передачі як
цифрових, і аналогових форм сигналу. Коли мова йде про цифрові
сигнали, ми маємо справу з логічними рівнями - високим і низьким - і можемо
модулювати несучу (за допомогою AM або ЧС) рядом імпульсів, який
представляє цифрове значення. Наприклад, якщо для числа 37 передається код
ДКД (двійково-кодоване десяткове число) 00110111, то для модуляції
несучою просто повинна використовуватися зазначена послідовність нулів і
одиниць. Кожен нуль може бути представлений рівнем 0В, а кожна одиниця -
рівнем, наприклад, 5В. Утворена в результаті послідовність
імпульсів показано на рис. 7 разом з рядком, що збігається синхронізують
імпульсів, необхідні ідентифікації становища одиниць і нулів. У
зазначеної послідовності важливим є порядок імпульсів. Спочатку передається
МЗДР (молодший десятковий розряд) 7, а потім СЗДР (старший значний)
десятковий розряд) 3. У кожному десятковому розряді першому місці старший
Відзначимо, що, навіть якщо всі імпульси мають повну амплітуду 5,
зазвичай допускається зміна цифрових рівнів у широкому діапазоні
напруги, що не призводить до порушення нормальної роботи системи.
Наприклад, логічний рівень «1» може змінюватися в межах від 2,4 до 5,5
При використанні імпульсних методів передачі аналогових сигналів
необхідно спочатку перетворити аналогові дані на імпульсну форму. Це
перетворення також відноситься до модуляції, оскільки аналогові дані
використовуються для модулювання (зміни) послідовності імпульсів або
імпульсної піднесе. На рис. 8,а показана модуляція синусоїдальним
сигналом амплітуд послідовності імпульсів.
Мал. 8. Форма сигналів амплітудно-імпульсної модуляції.
а-форма модульованого сигналу; б-відтворена форма сигналу при
низької частоти проходження імпульсів, Т1 - період послідовності
імпульсів; в - відтворена форма сигналу при високій частоті
прямування імпульсів, Т2 - період послідовності імпульсів.
Амплітуда кожного імпульсу в модульованій послідовності
залежить від миттєвого значення аналогового сигналу. Синусоїдальний сигнал
може бути відновлено з послідовності модульованих імпульсів
шляхом простої фільтрації. На рис. 8,б графічно показаний процес
відновлення початкового сигналу шляхом з'єднання вершин імпульсів
прямими лініями. Проте відновлена на рис. 8,б форма коливань не
є гарним відтворенням початкового сигналу через те, що
Число імпульсів на період аналогового сигналу невелике. При використанні
більшого числа імпульсів, тобто при більшій частоті проходження імпульсів по
порівняно з частотою модулюючого сигналу, може бути досягнуто більше
найкраще відтворення (рис. 8, в). Цей процес амплітудно-імпульсний
модуляції (АІМ), що відноситься до модуляції піднесе послідовності
імпульсів, може бути виконаний шляхом вибірки аналогового сигналу через
постійні інтервали часу імпульсами вибірки з фіксованою
тривалістю. Імпульси вибірки - це імпульси, амплітуди яких рівні
величині початкового аналогового сигналу на момент вибірки. Частота
вибірки (число імпульсів на секунду) має бути принаймні вдвічі
більшою, ніж найвища частота аналогового сигналу. Для кращої
Відтворюваність частота вибірки зазвичай встановлюється в 5 разів більшою
найвищої частоти модуляції.
АІМ є лише одним типом імпульсної модуляції. Крім нього
ШІМ - широтно-імпульсна модуляція (модуляція імпульсів по
ЧІМ - частотно-імпульсна модуляція;
КІМ - кодово-імпульсна модуляція.
Широтно-імпульсна модуляція перетворює рівні вибірок. напруг у
серії імпульсів, тривалість яких прямо пропорційна амплітуді
напруг вибірок (рис. 9, а). Зазначимо, що амплітуда цих імпульсів
постійна; відповідно до модулюючого сигналу змінюється лише
тривалість імпульсів. Інтервал вибірки - інтервал між імпульсами -
Частотно-імпульсна модуляція перетворює рівні вибірок напруг у
послідовність імпульсів, миттєва частота яких або частота
повторення, безпосередньо пов'язана з величиною напруг вибірок. І тут
амплітуда всіх імпульсів однакова, змінюється лише їх частота. за
по суті все аналогічно звичайної частотної модуляції, лише несуча
несинусоїдальну форму, як у випадку звичайної ЧС; вона складається з
Кодово-імпульсна модуляція перетворює вибірки напруги на
кодоване повідомлення. Наприклад, дискретний рівень, рівний 5,5, може
бути представлений двійковим числом 101.101=5,5 за допомогою аналого-цифрового
перетворювача. Кодове повідомлення 101.101 є деякою
вибірку напруги Vs. Подібним кодуванням (у цьому випадку двійковим
кодом) перетворюють кожну вибірку. Послідовність таких кодових
повідомлень є серією чисел, що описують послідовні
вибірки. Код може бути будь-яким: двійковим із шістьма розрядами, як
представлений вище, або двійковим кодом з N розрядами, або двійково-
кодованим десятковим тощо (рис. 7).
Мал. 9. Широтно-імпульсна модуляція.
Наведені вище модуляційні схеми лише деякі представники
великої кількості використовуваних методів. Підкреслимо, що розглянута тут ІМ-
модуляція відноситься до модуляції піднесе, тобто модуляції
послідовності імпульсів, які потім використовуються в системах AM або
ЧС. Йдеться про дві наступні один за одним модуляції. По-перше,
інформація модулює послідовність імпульсів. Тут може бути
використана АІМ, ШИМ, ЧИМ, КІМ або будь-який інший вид модуляції. По-друге,
містить піднесуча інформацію модулює синусоїдальну несучу.
Частотно-імпульсна модуляція синусоїдальної несучої призводить до ((н
-Девіації частоти несучої стрибкоподібним відхиленням від несучої. Наприклад,
частотна модуляція логічних рівнів «0» та «1» (0 В та 5В) дає дві
частоти — (н (для логічного рівня «0») і (н+((н (для рівня «5»)))
по суті, ми просто зрушуємо частоту несучої від ( до (н+((н для зображення)
логічного рівня "1". Цей тип частотної модуляції називається також і
частотною маніпуляцією і зазвичай використовується у передачі сигналів за допомогою
телеграфу та інших цифрових пристроїв зв'язку. Для відновлення логічних
рівнів з частотно-маніпульованим несучим може бути використаний ланцюг
фазового автопідстроювання (ФАП).
Методи імпульсної модуляції дуже поширені у додатках
3. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.
1) Р. Зангер. "Електронні системи" 1980 р.
2) У. У. Мігулін «100 років радіо» 1995 р.
3) А. С. Касаткіна «Електротехніка» 1965 р.
4) В. Г. Герасимов «Основи промислової електроніки» 1986
МОДУЛЯЦІЯ СИГНАЛІВ
Концепція модуляція виникло у техніці радіозв'язку.
Модуляція коливань - зміна характеристик сигналу (гармонічного, послідовності прямокутних імпульсів) згідно із законом переносного сигналу, більш низькочастотного проти частотою цих сигналів.
Зворотна операція вилучення сигналу, що спричинив зміну параметрів при модуляції, називається демодуляцією.
Сигнал, що несе інформацію, називається модулюючим.
Сигнал, параметри якого змінюються модулюючим сигналом, називається носієм.
При використанні як носій гармонійного коливання можна змінювати три параметри: фазу, частоту, амплітуду. У цьому випадку основними видами модуляції є:
ФМ – фазова модуляція (PM – phase modulation);
ЧС – частотна модуляція (FM – frequency modulation);
AM – амплітудна модуляція (AM – amplitude modulation).
Частотну та фазову модуляцію називають також кутовою модуляцією. Усі перелічені види модуляції називаються аналоговими (безперервними). Головна вимога для якісної демодуляції: частота несучого гармонійного сигналу повинна бути набагато більшою за частоту модулюючого сигналу. На рис. 5.1 наведено часові діаграми сигналів при аналоговій модуляції.
У сучасних системах передачі інформації набула поширення квадратурна модуляція. Квадратурне уявлення сигналів є зручним та досить універсальним засобом їх опису. Квадратурне уявлення полягає у вираженні коливання лінійною комбінацією двох ортогональних складових - синусоїдальної та косинусоїдальної.
При використанні квадратурної амплітудної модуляції (КАМ, QAM - Quadrature Amplitude Modulation) сигнал, що передається, кодується одночасними змінами амплітуди синусоїдальної та косинусоїдальної компонент несучого коливання, які зрушені по фазі один щодо одного на л/2. Результуючий сигнал формується в результаті підсумовування цих коливань.
Мал. 5.1. Тимчасові діаграми сигналів: а - модульний лінійно-зростаючий сигнал; б – несучий сигнал – гармонійне коливання; - AM-сигнал; г - ЧС-сигнал
Застосування QAM дозволяє збільшити кількість біт, що кодуються, і при цьому істотно підвищити перешкодостійкість.
В даний час використовуються способи модуляції, в яких кількість кодованих на одному бодовому інтервалі інформаційних біт може досягати 8. 9, а число позицій сигналу сигнальному просторі - 256. 512.
Відома та широко використовується в системах зв'язку квадратурна фазова модуляція QPSK.
При використанні в якості носія послідовності прямокутних імпульсів параметрами модуляції можуть бути: амплітуда імпульсів, частота імпульсів, тривалість імпульсів або пауз, фаза імпульсів, число імпульсів кодової посилці, комбінація імпульсів і пауз кодової посилці.
У цьому випадку розрізняють такі види модуляції імпульсної послідовності (імпульсної модуляції):
АІМ – амплітудно-імпульсна модуляція (РАМ – pulse-amplitude modulation);
ЧИМ - частотно-імпульсна модуляція (PFM - pulse-frequency modulation);
ШІМ – широтно-імпульсна модуляція (PDM – pulse-duration modulation);
ФІМ – фазо-імпульсна модуляція (PPM – pulse-phase modulation);
СІМ - лічильно-імпульсна модуляція (PNM - pulse-namber modulation);
КІМ – кодо-імпульсна модуляція (PCM – pulse-code modulation).
Зазначимо, що ШІМ та ФІМ є окремими випадками час-імпульсної модуляції ВІМ (РТМ - pulse-time modulation). Модулюваним параметром ШІМ служить ширина імпульсів, а ФІМ - час між першим (опорним) і другим (інформаційним) імпульсами.
Формально КІМ не можна розглядати як окремий вид модуляції, хоча цей термін і застосовується. При цій модуляції формується код, еквівалентний модулюючого сигналу. При СІМ інформація про амплітуду сигналу, що модулює, передасться числом імпульсів в кодовій посилці. Тому КІМ та СІМ у посібнику не розглядаються.
На рис 5.2 наведено часові діаграми імпульсно-модульованих сигналів.
Мал. 5.2. Тимчасові діаграми сигналів під час імпульсної модуляції: а - лінійно зростаючий модулюючий сигнал; б - модульований сигнал - послідовність прямокутних імпульсів; в - АІМ-сигнал; г - ЧИМ-сигнал; д - ФІМ-сигнал
В даний час все більша частина інформації, що передається по аналогових лініях зв'язку, представляється в цифровому вигляді, т.е. е. передасться нс аналоговий модульний сигнал, а послідовність двійкових чисел. В цьому випадку модуляція сигналу-носія двійковим модулюючим сигналом називається маніпуляцією (дискретною модуляцією). Розрізняють амплітудну АМн, частотну ЧМн та фазову ФМн маніпуляцію. На рис 5.3 наведено часові діаграми для перерахованих видів маніпуляції.
Мал. 5.3. Тимчасові діаграми:
а - амплітудний; б – частотної; в - фазової маніпуляції для коду, що передається 10011011 (для наочності частота несучого сигналу зменшена)
При АМн символу "1" відповідає передача коливання протягом тактового часу, символу "Про" - відсутність коливання.
При ЧМн символу «1» відповідає передача коливання частотою /ь символу «О» - із частотою /2. Наприклад, у протоколі HART логічний «Про» передасться гармонійним сигналом частотою 2200 Гц, логічна «1» – 1200 Гц. У модемах використовується частотна маніпуляція, але співвідношення частот інше.
Фазова маніпуляція характеризується тим, що при переході сигналу, що передається, зі стану логічної «1» в стан логічного «0» і навпаки фаза несучого сигналу змінюється на 180°. Фазова Аніпуляція використовується GPS для передачі коду.
Види модуляції сигналів: амплітудна, фазна, частотна, імпульсна
Модуляцією називають процес перетворення однієї чи кількох показників модулирующего високочастотного коливання за впливу управляючого низькочастотного сигналу. Через війну діапазон управляючого сигналу переміщається у високочастотну область, де передача високих частот є ефективнішою.
Модуляція виконується з метою передачі за допомогою електромагнітного випромінювання. Передані дані містяться в сигналі керування. А функцію переносника здійснює високочастотне коливання, яке називається несучим. В ролі несучого коливання можуть бути використані коливання різноманітної форми: пилкоподібні, прямокутні та ін, але зазвичай використовують гармонійні синусоїдальні.
З того, яка саме характеристика синусоїдального коливання змінюється, розрізняють кілька типів модуляції:
Амплітудна модуляція
На вхід пристрою, що модулює, передають модулюючий і опорний сигнали, в результаті на виході маємо змодульований сигнал. Умовою коректного перетворення вважається подвоєне значення несучої частоти в порівнянні з максимальним значенням смуги сигналу, що модулює. Даний тип модуляції досить простий у виконанні, але відрізняється невисокою стійкістю до перешкод.
Перешкодостійкість виникає внаслідок вузької смуги сигналу, що модулюється. Її використовують в основному в середньо- та низькочастотних інтервалах електромагнітного спектру.
Частотна модуляція
Внаслідок цього типу модуляції сигнал модулює частоту опорного сигналу, а не потужність. Тому якщо величина сигналу збільшується, то відповідно зростає частота. Зважаючи на те, що смуга одержуваного сигналу набагато ширша за вихідну величину сигналу.
Така модуляція характеризується високою стійкістю до перешкод, проте для її застосування слід використовувати високочастотний діапазон.
Фазова модуляція
У процесі цього типу модуляції модулюючий сигнал використовує фазу опорного сигналу. При даному типі модулювання сигнал, що отримується, має досить широкий спектр, тому що фаза обертається на 180 градусів.
Фазова модуляція активно використовується для формування помехозащищенного зв'язку в мікрохвильовому діапазоні.
Імпульсна модуляція
Як несучий сигнал можуть використовуватися незатухающие функції, шуми, послідовність імпульсів тощо. Так, при імпульсної модуляції як несучого сигналу використовується послідовність вузьких імпульсів, а ролі модулирующего сигналу виступає дискретний чи аналоговий сигнал. Так як послідовність імпульсів характеризується 4 характеристиками, то розрізняють 4 типи модуляції:
