Классификация методов модуляции. Амплитудная модуляция.

Всякий сигнал получается путём модуляции. Общий принцип модуляции состоит в изменении параметров носителя информации  S(t,a,b,c…) в соответствии с передаваемым сообщением (a,b,c—информационные параметры). Если в качестве переносчика выбрано гармоническое колебание s(t)=Acos(ωt+θ)=A(t)cosψ(t) то можно образовать три вида модуляции:амплитудную (AM), частотную (ЧМ), фазовую (ФМ).

Если переносчиком является периодическая последовательность импульсов, то при заданной форме импульсов можно образовать четыре основных вида импульсной модуляции: амплитудно-импульсную (АИМ), широтно-импульсную (ШИМ), время-импульсную (ВИМ,ФИМ) и частотно-импульсную (ЧИМ).

На рис приведены формы сигнала при двоичном коде для различных видов дискретной или цифровой модуляции (манипуляции). АМ: символу 1 соответствует передача несущего колебания в течение времени T (посылка), символу 0 отсутствие колебания (пауза). ЧМ: передача несущего колебания c частотой f, соответствует 1, a 0-передача колебания c частотой f₀. При двоичной ФМ меняется фаза несущей на π при каждом переходе от 1 к 0 и от 0 к 1.

На практике применяют систему относительной фазовой модуляции (ОФМ). В отличие от ФМ при ОФМ фазу сигналов отсчитывают не от некоторого эталона, а от фазы  предыдущего элемента сигнала. При ОФМ передача начинается с посылки одного не несущего информации элемента, который служит опорным сигналом для сравнения фазы последующего элемента. Скорость передачи посылок (техническая скорость или скорость модуляции)  измеряется в Бодах. 1 Бод — это скорость, при которой за 1с передается одна посылка.

Для классификации видов модуляции удобно использовать следующие признаки: характер полезного сигнала и переносчика (детерминированный процесс, случайный стационарный процесс, случайный нестационарный процесс); вид сигналов (аналоговые, дискретные); вид информационного параметра (амплитуда, частота, фаза, форма, длительность, период и т. п.) и др

Амплитудная модуляция  (AM) наиболее простой и распространенный способ изменения параметров носителя информации. При AM огибающая амплитуда гармонического колебания (переносчика) изменяется по закону, совпадающему с законом изменения передаваемого сообщения, частота и начальная фаза колебания неизменны. Поэтому для амплитудно-модулированного колебания можно записать выражение s(t)=A(t) cos(ω₀t+θ₀)

Основным параметром АМК является коэффициент модуляции (Отношение  M=ΔA_m /A₀  ), когда модулирующая функция является гармоническим колебанием: b(t)=B₀ cos(Ω t+γ).

Огибающую модулированного колебания при этом можно представить в виде: A(t)=A₀+k_AM*b(t)=A₀+ΔA_mcos(Ω t+γ)

где Ω—частота модуляции;  γ—начальная фаза огибающей; k_AM— коэффициент пропорциональности; ΔA_m=k_AM*B₀— амплитуда изменения огибающей. На рис.колебание, модулированное по амплитуде гармонической функцией. При неискаженной модуляции (M<=1) амплитуда колебания изменяется в пределах от A_min=A₀(1-M) до A_max=A₀(1+M).

Для определения технических характеристик канала связи необходимо знать спектр модулированного колебания, т. е. установить связь между спектром модулированного колебания и спектром модулирующей функции (спектром исходного сообщения b(t)). Верхние и нижние боковые частоты равны ω₀+Ω  и ω₀-Ω

Если управляющий сигнал обладает сложным спектром: каждая составляющая спектра b(t) дает свою пару боковых частот. В результате получается спектр, состоящий из 2 полос, симметричных относительно несущей частоты .С увеличением числа составляющих в спектре b(t) снижается значение M, приходящееся на каждую составляющую.

Построение амплитудного спектра модулированного колебания при сложной модулирующей функции по заданному спектру передаваемого сообщения b(t) поясняется на рис. 3: а) спектр управляющего сигнала, б) спектр модулированного сигнала.

В современных системах передачи информации широко применяется однополосная модуляция, при которой передача ведется только на одной боковой полосе частот (ОБП).

В отличие от спектра AM колебания в спектре ОБП одна из боковых полос подавляется полностью с помощью фильтров, а несущая частота подавляется полностью или частично. Формирование спектра ОБП показано на рис. 4

Идеальная амплитудная модуляция представляет собой перенос спектра передаваемого сообщения в область более высоких частот без нелинейных, частотных и фазовых искажений. Реально модуляция сопровождается искажениями, что приводит к увеличению ширины спектра модулированных сигналов, изменению законов распределения огибающей и фазы и т. д.

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.