Typy analogové modulace. Typy modulace

Abyste pochopili, co je modulace, musíte vědět, co je frekvence, a začněme s tím.
Vezměme si například švih: kmitočet švihu je počet úplných kmitů, švihů za sekundu.
Plný, to znamená, že jeden švih je pohyb švihu z krajní levé polohy, dolů, přes střed do maximální úrovně vpravo a pak znovu přes střed do stejné úrovně vlevo.
Běžné yardové houpačky mají frekvenci asi 0,5 Hz, což znamená, že kompletní oscilaci dokončí za 2 sekundy.
Reproduktor se houpe mnohem rychleji, reprodukuje tón "La" první oktávy (440 hertzů), dělá 440 kmitů za sekundu.
V elektrické obvody kolísání, jedná se o kolísání napětí, od maximální kladné hodnoty, dolů, přes nulové napětí k maximální záporné hodnotě, nahoru, přes nulu opět k maximální kladné hodnotě. Nebo od maximální napětí, přes určitý průměr na minimum, pak zase přes průměr, zase na maximum.
Na grafu (nebo obrazovce osciloskopu) to vypadá takto:

Frekvence kolísání napětí na výstupu rozhlasové stanice vysílající nosnou na kanálu 18 sítě C v Evropě bude 27 175 000 kmitů za sekundu, neboli 27 megahertzů a 175 kilohertzů (megamilionů; kilotisíc).

Aby byla modulace vizuální, vymyslíme dva určité signály, jeden s frekvencí 1000 Hz, druhý s frekvencí 3000 Hz, graficky vypadají takto:

Všimněte si, jak jsou tyto signály zobrazeny v grafech vlevo. Jedná se o grafy frekvence a úrovně. Čím vyšší je frekvence signálu, tím více vpravo se signál na takovém grafu zobrazí, čím vyšší je jeho úroveň (výkon), tím vyšší je čára tohoto signálu na grafu.

Nyní si představte, že jsme oba tyto signály sečetli, to znamená, že v hotové podobě je náš fiktivní testovací signál součtem dvou signálů. Jak jste to dali dohromady? Je to velmi jednoduché - postavili jsme mikrofon a postavili před něj dva lidi: muže, který křičel na frekvenci 1000 Hz a ženu, která ječela na frekvenci 3000 Hz, na výstupu mikrofonu jsme dostali náš testovací signál, který vypadá takto :

A právě tento testovací signál budeme „přivádět“ na mikrofonní vstup našeho fiktivního vysílače, přičemž budeme studovat, co se na výstupu (na anténě) získává a jak to vše ovlivňuje srozumitelnost a dosah komunikace.

O modulaci obecně

Amplitudová modulace - AM (AM, amplitudová modulace)

SSB modulace (SSB, modulace s jedním postranním pásmem)

CW modulace (telegraf)

FM modulace (FM, frekvenční modulace)

DSB, DFT, fázová a další typy modulace

V některých systémech (televize, FM stereo vysílání) je nosná modulována jinou modulovanou nosnou a ta již nese užitečné informace.
Například, zjednodušeně, FM stereo vysílací signál je FM modulovaný nosný signál, který je sám o sobě DSB modulovaný nosný signál, kde jedno postranní pásmo je signál levého kanálu a druhé postranní pásmo je signál pravého zvukového kanálu.

Důležité aspekty příjmu a vysílání signálů AM, FM a SSB

Pro vyrovnání úrovní signálu v přijímačích AM a SSB se používají speciální obvodové uzly - automatické řízení zisku (obvody AGC). Úkolem AGC je zvolit takové zesílení přijímacích uzlů, aby se silný signál (od blízkého korespondenta) i slabý (od vzdáleného) nakonec ukázal být přibližně stejný. Pokud se AGC nepoužívá, slabé signály budou slyšet tiše a silné roztrhají zvukový emitor přijímače na kousky, jako když kapka nikotinu trhá křečka. Pokud AGC reaguje příliš rychle na změny úrovně, pak nejen vyrovná úrovně signálů od blízkých a vzdálených korespondentů, ale také „udusí“ modulaci uvnitř signálu – sníží zisk s rostoucím napětím a zvýší se snížením, sníží všechny modulace na nemodulovaný signál .

Pro FM modulaci není vyžadována žádná speciální linearita zesilovačů, u FM modulace nese změna frekvence informaci a žádné zkreslení nebo omezení úrovně signálu nemůže změnit frekvenci signálu. Ve skutečnosti je v přijímači FM obecně instalován omezovač úrovně signálu, protože úroveň není důležitá, důležitá je frekvence a změna úrovně bude narušovat pouze izolování změn frekvence a přeměnu FM nosiče na zvuk signálu pomocí který je modulován.
Mimochodem, právě proto, že všechny signály jsou v FM přijímači omezeny, to znamená, že slabé zvuky mají téměř stejnou úroveň jako silný užitečný signál, při absenci FM signálu detektor (demodulátor) dělá tolik hluku - snaží se zvýraznit změnu frekvence šumu na vstupu přijímače a šumu samotného přijímače a v šumu je změna frekvence velmi velká a náhodná, takže jsou slyšet náhodné zvuky silné zvuky: hlasitý zvuk.
V přijímači AM a SSB je při absenci signálu méně šumu, protože samotný šum přijímače je stále malý a šum na vstupu je malý ve srovnání s užitečným signálem, a pro AM a SSB je to úroveň, která je důležitá.

Pro telegraf také není příliš důležitá linearita, kde je informace nesena samotnou přítomností či nepřítomností nosiče a její úroveň je pouze vedlejším parametrem.

FM, AM a SSB do ucha

FM signály jsou méně ovlivněny impulsním šumem, ale kvůli hlasitý zvuk FM detektor v nepřítomnosti signálu je prostě nesnesitelný sedět bez squelch. Každé vypnutí vysílání korespondenta v přijímači je doprovázeno charakteristickým "fupnutím" - detektor již začal převádět hluk na zvuk a squelch se ještě neuzavřel.

Pokud posloucháte AM na FM přijímači nebo naopak, uslyšíte chrochtání, ale stále můžete rozeznat, o co jde. Pokud posloucháte SSB na FM nebo AM přijímači, tak z "oink-zhu-zhu-bzhu" bude jen divoká audio kaše a naprosto žádná srozumitelnost.
Na SSB přijímači můžete perfektně poslouchat CW (telegraf), AM a s určitým zkreslením i FM s nízkými modulačními indexy.

Pokud jsou současně zapnuty dvě nebo více AM nebo FM rádiových stanic na stejné frekvenci, dostanete změť nosičů, jakési skřípání a pískání, mezi kterými nelze nic rozebrat.
Pokud se dva nebo více vysílačů SSB zapnou na stejné frekvenci, pak bude v přijímači slyšet každý, kdo mluvil, protože SSB nemá nosnou a není co bít (mixovat do pískání). Slyšíte všechny, jako by všichni seděli ve stejné místnosti a mluvili najednou.

Pokud frekvence AM nebo FM přijímače přesně neodpovídá frekvenci vysílače, dochází ke zkreslení hlasitých zvuků, „sípání“.
Pokud se frekvence vysílače SSB mění v čase s úrovní signálu (například zařízení nezapíná napájení), je v hlase slyšet bublání. Pokud frekvence přijímače nebo vysílače plave, pak zvuk plave ve frekvenci, pak "mumlá", pak "cvrliká".

Účinnost modulace - AM, FM a SSB

AM, FM a SSB zařízení z hlediska složitosti a přeměny jednoho na druhé

Druhým ve složitosti je přístroj pro mistrovství světa.
Ve skutečnosti FM zařízení již obsahuje v přijímači vše, co je potřeba k detekci AM signálů, protože má také AGC ( automatické nastavení zesílení) a tedy přijímaný detektor úrovně nosné, tedy vlastně plnohodnotný AM přijímač, fungující jen někde uvnitř (z této části obvodu funguje i odrušovač).
S vysílačem to bude složitější, protože téměř všechny jeho kaskády pracují v nelineárním režimu.
Od autora: můžete to předělat, ale nikdy to nebylo potřeba.

AM zařízení je nejjednodušší.
Chcete-li převést AM přijímač na FM, budete muset zavést nové uzly - omezovač a FM detektor. Ve skutečnosti je omezovač a FM detektor 1 mikroobvod a pár detailů.
Převod AM vysílače na FM je mnohem jednodušší, protože stačí zavést řetězec, který bude „chat“ nosnou frekvenci v čase s napětím přicházejícím z mikrofonu.
Od autora: Několikrát jsem předělal AM transceiver na AM / FM, zejména rozhlasové stanice CBS "Cobra 23 plus" a "Cobra 19 plus".

Testové otázky k přednášce 6

6-1. Jak jsou systémy přenosu dat klasifikovány podle média šíření signálu, které používají?

6-2. Co se používá jako kontinuální přenosové médium?

6-3. Co se používá jako otevřené přenosové médium?

6-4. Uveďte typy kabelových komunikačních linek?

6-5. Co způsobuje multiplikativní šum?

6-6- Co způsobuje vnitřní aditivní šum?

6-7. Co je příčinou vnějšího aditivního hluku?

6-8. Uveďte hlavní typy externího aditivního hluku?

6-9. Co je příčinou galvanického rušení?

6-10. Co způsobuje kapacitní snímače?

6-11. Co způsobuje magnetické rušení?

6-12. Co způsobuje elektromagnetické rušení?

6-13. Co se používá jako druhý vodič v jednovodičové nevyvážené lince?

6-14. Proč se jednovodičové vedení nazývá nevyvážené?

6-15. Nakreslete ekvivalentní obvod jednovodičového nesymetrického vedení?

6-16- Proč se v jednovodičovém nesymetrickém vedení vyskytuje šum obecný pohled?

6-17. Jaké jsou složky rušení normální pohled?

6-18. K čemu se v nejjednodušším případě používá druhý signální vodič?

6-19. Proč instalace druhého signálního vodiče výrazně snižuje magnetický snímač?

6-20. Za jakých podmínek utlumí instalace druhého signálního vodiče galvanický snímač?

6-21. Jak lze zajistit symetrické podmínky přenosu signálu na obou vodičích dvouvodičového vedení?

6-22. Proč kroucení vodičů prakticky eliminuje magnetickou složku rušení?

6-23. Jaký nástroj se používá ke snížení kapacitního rušení?

6-24. Popište design koaxiál.

6-25. Jaké jsou výhody koaxiálního kabelu oproti symetrický kabel?

6-26- Co dělá koaxiální kabely velkou šířkou pásma?

6-27. Jak je rozložen provozní proud ve vnějších a vnitřních vodičích koaxiálního kabelu v závislosti na frekvenci pracovního proudu?

6-28. Jak se rozděluje ovlivňující proud ve vnějších a vnitřních vodičích koaxiálního kabelu v závislosti na frekvenci ovlivňujícího proudu?

6-29. Jak rozteč kroucených párů vodičů ovlivňuje útlum hluku?

6-30. Vyjmenujte hlavní prvky lineární dráhy FOCL.

6-31. Co je světlovod?

6-32. Jaký je směrový přenos energie ve vláknu?

6-33. Co určuje povahu průchodu optického záření vláknem?

6-34. Jaké optické jevy doprovázejí šíření světla vláknem?

6-35. Co se používá jako zdroje a přijímače světla ve FOCL?

6-36- Jaké jsou hlavní výhody SPD využívající FOCL?

6-37. Jaké jsou radioreléové linky přímá viditelnost?

6-38. Jak se troposférické RRL liší od přímých RRL?

6-39. Jak se satelitní RRL liší od troposférických RRL?

6-40. Jak se liší satelitní opakovač od opakovačů používaných na konvenčních RRL?

Přednáška 7. Spojité metody modulace a manipulace

Při přenosu informací nepřetržitým kanálem určité fyzikální proces nazývaný dopravce nebo dopravce.

matematický model nosič může sloužit jako funkce času l(t,A,B,…), což také závisí na parametrech A, B,….

Některé funkční parametry jsou za daných přenosových podmínek pevně dané a pak mohou hrát roli identifikačních parametrů, tzn. mohou být použity k určení, zda daný signál patří do určité třídy signálů.

Ostatní parametry jsou ovlivněny vysílačem. Tento vliv na ně se nazývá modulace a tyto parametry hrají roli informativních parametrů.

Obecně je modulace mapováním množiny možných hodnot vstupní signál na sadu hodnot informativního parametru nosiče. Zařízení, které moduluje, se nazývá modulátor. Jeden vstup modulátoru je ovlivněn implementací vstupního signálu x(t), na druhé straně - nosič signálu l(t,A). Modulátor generuje výstupní signál l(t,A), jehož informativní parametr se v čase mění v souladu s přenášeným signálem. V užším slova smyslu se modulací rozumí působení na nosič, vyjádřené v násobení informativního, tzn. modulovaný parametr na multiplikátor , Kde h(t)- modulační funkce odpovídající provedení x(t) vstupní signál, definovaný tak, že ½h(t)½£1, A M je modulační faktor.

Hlavním účelem modulace je přenést spektrum signálu do dané frekvenční oblasti, aby se umožnil jeho přenos kanálem a zvýšila se odolnost přenosu proti šumu.

V závislosti na typu použitého nosiče při modulaci průběžné a typy impulsů modulace. Spojitá modulace využívá jako nosnou harmonickou vlnu. Pulzní modulace používá jako nosič periodický sled pravoúhlých impulsů.

Uvažujme základní principy metod spojité modulace, kdy se harmonické napětí používá jako nosná nebo nosná nebo modulované napětí, kde je amplituda napětí, je nosná frekvence, je počáteční fáze (obr. 2.7).

Proces se nazývá modulace. transformace jedné nebo více charakteristik modulačního vysokofrekvenčního kmitání pod vlivem řízení nízkofrekvenční signál. Díky tomu se spektrum řídicího signálu přesouvá do vysokofrekvenční oblasti, kde je přenos vysokých frekvencí efektivnější.

Modulace se provádí za účelem přenosu informací. Přenášená data jsou obsažena v řídicím signálu. A funkci nosiče vykonává vysokofrekvenční oscilace, nazývaná nosič. V roli nosných kmitů lze využít kmitání různých tvarů: pilové, obdélníkové atd., ale většinou se používají harmonické sinusové. Na základě které vlastnosti sinusová oscilace se liší, existuje několik typů modulace:

Amplitudová modulace

Modulační a referenční signály jsou přenášeny na vstup modulačního zařízení, v důsledku toho máme na výstupu modulovaný signál. Za podmínku správného převodu se považuje dvojnásobek hodnoty nosné frekvence ve srovnání s maximální hodnota pásmech modulačního signálu. Tento typ modulace je poměrně jednoduchý v provedení, ale má nízkou odolnost proti šumu.

Odolnost proti šumu vzniká v důsledku úzké šířky pásma modulovaného signálu. Používá se především ve středních a nízkých frekvenčních oblastech elektromagnetického spektra.

Frekvenční modulace

V důsledku tohoto typu modulace signál moduluje frekvenci referenčního signálu, nikoli výkon. Pokud se tedy velikost signálu zvýší, pak se frekvence zvýší. Vzhledem k tomu, že šířka pásma přijímaného signálu je mnohem širší než původní hodnota signálu.

Taková modulace se vyznačuje vysokou odolností proti rušení, pro její aplikaci by však měl být použit vysokofrekvenční rozsah.

Fázová modulace

Během tohoto typu modulace modulační signál využívá fázi referenčního signálu. Na tenhle typ modulace má výsledný signál dost široké spektrum, protože fáze se otočí o 180 stupňů.

Fázová modulace se aktivně používá k vytvoření komunikace imunní vůči šumu v mikrovlnném rozsahu.

Jako nosný signál lze použít netlumené funkce, šum, sled pulsů atd. Při pulsní modulaci se tedy jako nosný signál používá sekvence úzkých pulsů a diskrétní, popř. analogový signál. Protože sled pulsů je charakterizován 4 charakteristikami, existují 4 typy modulace:

- frekvenční impuls;

- šířka pulzu;

- amplituda-puls;

- fázový impuls.

Pro efektivní přenos signálu v jakémkoli médiu je nutné přenést spektrum těchto signálů z nízkofrekvenční oblasti do oblasti dostatečně vysokých frekvencí. Tento postup se v radiotechnice nazývá modulace.

Podstata modulace je následující. Vzniká nějaké kmitání (nejčastěji harmonické), nazývané kmitání nosné nebo jednoduše nosné a kterýkoli z parametrů tohoto kmitání se mění v čase úměrně původnímu signálu. Původní signál se nazývá modulační signál a výsledná oscilace s časově proměnnými parametry se nazývá modulovaný signál. Opačný proces - výběr modulačního signálu z modulovaného kmitání - se nazývá demodulace.

Klasifikace typů modulace:

1) podle typu informačního signálu (modulační signál);

Spojitá modulace (analogový signál);

Diskrétní modulace (diskrétní signál);

2) podle typu nosiče (nebo nosné frekvence)

Harmonický (sinusový signál);

Puls (pravoúhlý periodický pulz).

3) podle typu parametrů nosné frekvence, které podléhají změnám pod vlivem informačního signálu.

Amplitudová modulace;

Frekvenční modulace;

Fázová modulace;

Šířková modulace;

Pulzní šířková modulace (obrázek 1.1).

Obrázek.1.1 - Typy modulace

Obecný harmonický signál:

S (t) = A cos(ω 0 t+ φ 0).

Tento signál má tři parametry: amplitudu A, frekvenci ω 0 a počáteční fázi φ 0 . Každý z nich může být spojen s modulačním signálem, čímž se získají tři hlavní typy modulace: amplituda, frekvence a fáze. Frekvenční modulace a fázová modulace spolu velmi úzce souvisí, protože obě ovlivňují argument funkce cos. Proto tyto dva typy modulace mají běžné jméno- hranatý

modulace.

V současné době existuje stále větší část informací přenášených různými komunikačními kanály v digitální podobě. To znamená, že se nemá přenášet spojitý (analogový) modulační signál, ale posloupnost celých čísel P 0 , P 1, P 2 , ..., který může nabývat hodnot z nějaké pevné konečné množiny. Tato čísla, nazývaná symboly, pocházejí z informačního zdroje s periodou T a frekvence odpovídající této periodě se nazývá symbolová rychlost: F T = 1/T.

Běžně používanou variantou v praxi je binární posloupnost znaků, kdy každé z čísel n i může nabývat jedné ze dvou hodnot - 0 nebo 1.

Posloupnost přenášených symbolů je zjevně diskrétní signál. Protože symboly nabývají hodnot z konečné množiny, je tento signál ve skutečnosti také kvantován, to znamená, že to může být nazýváno digitální signál.

Typický přístup k přenosu diskrétní sekvence symbolů je následující. Každá z možných hodnot symbolu je spojena s určitou sadou parametrů nosné vlny. Tyto parametry jsou udržovány konstantní během intervalu T, tedy až do příchodu dalšího znaku. Ve skutečnosti to znamená transformaci posloupnosti čísel { n k } do krokového signálu S n (t) pomocí po částech konstantní interpolace:

s n (t)=f(n k ), kT

Zde f je nějaká transformační funkce. Přijatý signál S n (t) se pak používá jako modulační signál obvyklým způsobem.

Tento způsob modulace, kdy se skokově mění parametry nosné vlny, se nazývá manipulace. Podle toho, které parametry se mění, existují amplituda (AM), fáze (FM), frekvence (FM). Navíc při přenosu digitálu

informace, lze použít nosnou vlnu, která má jiný tvar

z harmonického. Při použití sekvence pravoúhlých pulzů jako nosné vlny je tedy možná modulace pulzní amplitudou (AIM), pulzní šířkou (PWM) a časově pulzní (PWM). AIM - pulzní amplitudová modulace spočívá v tom, že amplituda pulzního nosiče se mění podle zákona o změně okamžitých hodnot primárního signálu.

PFM - frekvenčně-pulzní modulace. Podle zákona o změně okamžitých hodnot primárního signálu se frekvence nosných impulsů mění.

VIM - časově pulzní modulace, ve které je informačním parametrem časový interval mezi synchronizačním pulzem a informačním.

PWM - pulzně šířková modulace. Spočívá ve skutečnosti, že podle zákona o změně okamžitých hodnot modulačního signálu se mění doba trvání nosných impulsů.

PPM - pulzně fázová modulace, od PIM se liší způsobem synchronizace. Fázový posun nosného pulsu se nemění vzhledem k hodinovému pulsu, ale vzhledem k nějaké podmíněné fázi.

PCM - pulzně - kódová modulace. Nelze ji považovat za samostatný typ modulace, protože hodnota modulačního napětí je reprezentována ve formě kódových slov.

SIM - počítací pulzní modulace. Jde o speciální případ PCM, ve kterém je informačním parametrem počet pulzů v kódové skupině.

Na manipulace s amplitudou jeden symbol je vysílán vysokofrekvenčním vycpáváním a nulový symbol je vysílán při absenci signálu. Amplitudově klíčovaný signál je popsán výrazem:

kde může trvat člen amplitudy M diskrétní hodnoty a fázový člen φ je libovolná konstanta. AM signál zobrazený na obrázku 1.2(c) může odpovídat rádiovému přenosu pomocí dvou signálů, jejichž amplitudy jsou 0 a .

Amplitudové klíčování je nejjednodušší, ale zároveň nejméně hlukově chráněné a v současnosti se prakticky nepoužívá.

Na diskrétní frekvenční modulace(FM, FSK–Frequency Shift Keying) hodnoty 0 a 1 informačního bitu odpovídají jejich vlastním frekvencím fyzického signálu s jeho amplitudou nezměněnou. Obecný analytický výraz pro klíčovaný signál s frekvenčním posunem má následující tvar:

Zde frekvence ω i může nabývat M diskrétních hodnot a fázi φ je libovolná konstanta. Schematické znázornění FM signálu je na obrázku 1.2 b, kde lze pozorovat typickou změnu frekvence v okamžicích přechodů mezi symboly.

Frekvenční modulace je velmi odolná proti šumu, protože při rušení je zkreslena především amplituda signálu, nikoli frekvence. V tomto případě je spolehlivost demodulace a tím i odolnost proti šumu tím vyšší, čím více period signálu spadá do přenosového intervalu. Ale zvýšení přenosového intervalu ze zřejmých důvodů snižuje rychlost přenosu informací. Na druhou stranu šířka spektra signálu požadovaná pro tento typ modulace může být mnohem užší než celá šířka pásma kanálu. Z toho vyplývá rozsah FM - nízkorychlostních, ale vysoce spolehlivých standardů, které umožňují komunikaci na kanálech s velkým zkreslením v amplitudově-frekvenční charakteristice nebo dokonce se zkrácenou šířkou pásma.

Na fázové klíčování 1 a 0 se liší fází vysokofrekvenčního kmitání. Klíčový signál fázového posunu má následující tvar:

Zde fázová složka φ i (t) můžu vzít M diskrétní hodnoty, obvykle definované takto:

kde E je energie symbolu;

T je doba přenosu symbolu.

Obrázek 1.2a ukazuje příklad binárního (M = 2) fázového klíčování, kde jsou charakteristické ostré fázové změny jasně viditelné při přechodu mezi symboly.

V praxi se používá klíčování fázovým posunem s malým počtem možných hodnot počáteční fáze - obvykle 2,4 nebo 8. Navíc při příjmu signálu je obtížné měřit absolutní hodnota počáteční fáze; mnohem jednodušší určit relativní fázový posun mezi dvěma sousedními symboly. Proto se obvykle používá klíčování fázovým rozdílem nebo relativním fázovým posuvem.

Na modulace fázového rozdílu(DPSK, TOFM, DPSK - Differential Phase Shift Keying) parametrem měnícím se v závislosti na hodnotě informačního prvku je fáze signálu při konstantní amplitudě a frekvenci. V tomto případě není každému informačnímu prvku přiřazena absolutní hodnota fáze, ale její změna vzhledem k předchozí hodnotě.

Podle doporučení CCITT je při 2400 bps přenášený datový tok rozdělen do dvojic po sobě jdoucích bitů (dibitů), které jsou zakódovány ve fázové změně vzhledem k fázi předchozího signálového prvku. Jeden signální prvek nese 2 bity informace. Pokud je informační prvek debit, pak se v závislosti na jeho hodnotě (00, 01, 10 nebo 11) může fáze signálu změnit o 90, 180, 270 stupňů nebo se nezmění vůbec.

S trojnásobnou relativní fázovou modulací nebo osminásobnou

modulace fázového rozdílu je přenášený datový tok rozdělen do trojic po sobě jdoucích bitů (tribitů), které jsou zakódovány do změny fáze vzhledem k fázi předchozího signálového prvku. Jeden signální prvek nese 3 bity informace.

Fázová modulace je nejinformativnější, nicméně zvýšení počtu kódovaných bitů nad tři (8 poloh fázové rotace) vede k prudkému snížení odolnosti proti šumu. Proto se při vysokých rychlostech používají kombinované metody amplitudově-fázové modulace.

Manipulace s amplitudou a fází. Amplitude phase keying (APK) je kombinací schémat ASK a PSK. Signál modulovaný ARC je znázorněn na Obr. 1.2 G a je vyjádřen jako

s indexováním amplitudových a fázových členů. Na obr.1. 2 G jsou vidět charakteristické současné (v okamžicích přechodu mezi symboly) změny fáze a amplitudy signálu modulovaného ARC. V uvedeném příkladu M=8, což odpovídá 8 signálům (osmičkový přenos). V souřadnicích fáze-amplituda je vynesena možná sada osmi signálových vektorů. Čtyři zobrazené vektory mají jednu amplitudu, čtyři další mají jinou. Vektory jsou orientovány tak, že úhel mezi dvěma nejbližšími vektory je 45°.

Obrázek 1.2 - Typy digitálních modulací

Pokud ve dvourozměrném prostoru signálů mezi M signály nastavují pravý úhel, schéma se nazývá kvadraturní amplitudová modulace (kvadraturní amplitudová modulace - QAM).

Kvadraturní amplitudová modulace

Je třeba poznamenat, že dalším typem lineární modulace je kvadraturní amplitudová modulace (QAM), jejíž podstatou je přenos dvou různých signálů pomocí metod AM nebo FM na stejné nosné frekvenci. Spektra těchto dvou signálů se zcela překrývají a není možné je oddělit pomocí filtrů. Aby byla zachována možnost oddělení signálu na přijímací straně, jsou nosiče kmitů přiváděny k modulátorům s fázovým posunem 90° (v kvadratuře).

Obrázek 1.3 ukazuje schéma pro generování signálu QAM.

Obrázek 1.3 - Kvadraturní AM

Výhodou QAM ve srovnání s konvenčními AM nebo BM je dvojnásobný počet signálů, které lze nezávisle přenášet ve stejném frekvenčním pásmu.

Úhlová (frekvenční a fázová) modulace

Úhlová modulace se obvykle používá, když je požadována vysoká věrnost příjmu přenášené zprávy. To je vysvětleno skutečností, že systémy s úhlovou modulací mají ve srovnání s AM zvýšenou odolnost proti šumu a jiným typům rušení. Známé jsou například vlastnosti FM systémů pro potlačení aditivního rušení šumem. To znamená, že při detekci FM se výrazně zlepší poměr signálu k šumu. Této výhody je však dosaženo za cenu zhoršení ostatních parametrů signálu, zejména za cenu zvýšení obsazené šířky pásma. Frekvenční modulace je možná nejběžnějším příkladem, který ilustruje metody pro zlepšení odolnosti komunikačních systémů proti šumu na základě rozložení spektra signálu.

Obrázek 1.4 ukazuje časový diagram signálu pro jednotónovou úhlovou modulaci.

Obrázek 1.4 Úhlová modulace: a - modulační nízkofrekvenční signál; b - jednotónový signál s úhlovou modulací

Signál úhlové modulace (PA) s harmonickou nosnou lze zapsat následovně:

u UM (t)= U 0 cos[(t)]=U 0 cos[ω 0 t+φ(t)],

kde (t)=ω 0 t+φ(t) je úplná fáze signálu;

φ(t) je fáze, která nese informaci o primárním signálu.

Existují dva typy PA: fáze (PM) a frekvence (FM). U PM jsou fázové změny přímo úměrné primárnímu signálu

Kde φ 0 je počáteční fáze.

U FM je okamžitá frekvence signálu přímo úměrná primárnímu signálu

, kde je převodní faktor řídícího signálu na změnu frekvence signálu na výstupu frekvenčního modulátoru.

Průběhy signálů PM a FM se od sebe neliší, pokud má časová derivace primárního signálu stejný tvar jako samotný primární signál. To je například případ sinusového primárního signálu

b(t)=Usint .

PA signál v tomto případě může být zapsán následovně:

u UM (t)=U 0 cos(ω 0 t+Msint),

kde M je modulační index.

FM index je definován jako

M FM ==K FM U  ( – fázová odchylka).

Index mistrovství světa je

M FM \u003d   \u003d K FM U  / ,

a frekvenční odchylka K FM U  . tedy index Světového poháru

M FM \u003d  /  \u003d f / F.

Najdeme spektrum signálu s PA v jednom tónu. Reprezentujme signál na PA jedním tónem následujícím výrazem:

(Re je skutečná část).

Protože na mistrovství světa

M FM \u003d  /  \u003d f / F,

pak to dostaneme pro velké modulační indexy

f mysl 2f ,

tj. šířka pásma na FM se rovná dvojnásobku frekvenční odchylky a nezávisí na modulační frekvenci F.

Obrázky 1.5 a 1.6 ukazují schémata pro získávání signálů úhlové modulace

kde b(t) je primární signál;

–generátor nosné U0cosω0t ;

blok -/2 otočí fázi o úhel -/2;