69044

Обще сведения о модулированных сигналах. Классификация. Сигналы модулированные по амплитуде

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Трансформация переносчика в линейный сигнал осуществляется в процессе модуляции. С учетом особенностей линий связи в процессе модуляции решаются следующие задачи: 1 Перенос признаков сообщения в область частот переносчика формирование линейного сигнала; 2 Придание линейному сигналу...

Русский

2014-09-29

226 KB

14 чел.

Лекция 3.1

Тема 3. Модулированные сигналы.

Занятие 1.Обще сведения о модулированных сигналах. Классификация. Сигналы модулированные по амплитуде.

  1.  Общие сведения о модулированных сигналах и их классификация.

Сигналы модулированные по амплитуде.

Учебные вопросы.

Общие сведения о модулированных сигналах и их классификация.

Сигналы как переносчики информации (сообщений) должны наилучшим образом (эффективно) передаваться по линиям связи.

Сигналы предназначенные для передачи сообщений по линиям связи (заданного вида), называются линейными.

Первичный электрический сигнал, формируемый оконечным устройством (источником сообщения), как правило, не отвечает требованиям по передаче в конкретной линии связи.

Наоборот, сигналы , которые могли бы решать задачу переноса сообщения по конкретной линии связи (называемые переносчиком), формируются устройствами, не связанными с источниками сообщения.

Трансформация переносчика в линейный сигнал осуществляется в процессе модуляции.

Модуляция -- это изменение по закону передаваемого сообщения (первичного сигнала)  параметров вспомогательного колебания,  -- переносчика.

С учетом особенностей линий связи в процессе модуляции решаются следующие задачи:

1) Перенос признаков сообщения в область частот переносчика (формирование линейного сигнала);

2) Придание линейному сигналу свойств, позволяющих выделить этот сигнал среди других сигналов на приемной стороне (придание ЛС селективных свойств)

3) Обеспечение необходимой помехозащищенности канала связи (обеспечение устойчивости ЛС к действию помех)

4) Управление областями использования имеющегося ресурса линией связи.

Низкочастотный сигнал  воздействующий на переносчик, называется модулирующим (управляющим). Модулирующим может быть первичный сигнал или другой, полученный из первичного в результате преобразований: дискретизации, квантования, кодирования и т. п. Во всех случаях модулирующий сигнал содержит передаваемое сообщение.

Результатом воздействия модулирующего сигнала  на переносчик  является модулированное колебание .

Модулированное колебание также содержит передаваемое сообщение. Большинство сигналов электросвязи -- модулированные.

Переносчик  является немодулированным колебанием. Он не содержит сообщения. Его можно назвать модулирующим колебанием.

Восстановление передаточных сообщений на приемной стороне линии связи осуществляется в результате преобразования ЛС, называемого демодуляцией.

Модуляцию можно охарактеризовать как процесс погрузки сообщения на переносчик с целью доставки получателю сообщения. В этом смысле полезным грузом является модулирующий сигнал, а переносчик -- средством транспортировки.

По виду переносчика можно различать следующие виды модуляции:

гармоническая

импульсная

шумовая

В настоящее время чаще других в качестве переносчика применяется гармоническое колебание высокой частоты, называемое несущей.

параметр модулированного колебания, изменяющийся по закону управляющего сигнала, называется информативным.

При модуляции гармонического колебания (несущей) информативными параметрами могут быть амплитуда, частота или фаза переносчика, то есть в общем виде модулированный сигнал имеет вид:

   (3.1.1)

где — изменения амплитудные (огибающей)

— изменение частоты (мгновенной)

— изменение фазы (мгновенной)

По виду информативного параметра различают виды модуляции:

амплитудная (АМ)

частотная (ЧМ)

фазовая (ФМ)

Два последних объединяются в группу сигналов угловой модуляции. В сою очередь, АМ имеет разновидности балансная модуляция (БМ) и однополосная модуляция. (ОМ).

Перечисленные  виды модуляции связанны с непрерывным изменением информативного параметра. При дискретном применении информативного параметра (конечном числе значений параметра) модуляция именуется манипуляцией.

Различают манипуляцию:

амплитудную (АТ)

частотную (ЧТ)

фазовую (ФТ и ОФТ, ФРМ)

Наряду с гармонической несущей в радиотехнике в качестве переносчика широко применяются последовательности импульсов (прямоугольной формы).

Информативным параметром в этом случаи могут быть амплитуда, длительность, частота следования и временное положение (фаза) импульсов относительно тактовых точек. Этим информативным параметрам соответствует четыре вида импульсной модуляции:

амплитудно-импульсная (АИМ)

широтно-импульсная  (ШИМ)

частотно-импульсная  (ЧИМ)

фазо-импульсная  (ФИМ)

В качестве переносчика можно также использовать флуктуационное колебание (шум). При шумовой модуляции информативными могут быть различные моменьы закона распределения шумового переносчика: первый начальный момент — матожидание, второй центральный момент — дисперсия и т.д.

Возможны комбинации видов модуляции как за счет сочетания информативных параметров (амплитудно-фазовая модуляция и др.), так и за счет комбанаяции переносчиков (модуляция вида АИМ-АМ и т. п.)

Как было замечено ранее, только случайный первичный сигнал  может нести сообщение (информацию). Поэтому модулированный (линейный) сигнал — это, как правило, случайный сигнал. В то же время, количественные показатели, характеризующие модулированный сигнал, вводятся только для случаев детерминированных первичных сигналов.

Например, для гармонического переносчика, таким сигналом является ток , где , — постоянные величины.

Такой подход имеет место по двум причинам.

Во-первых, для случайного сигнала в качестве модели удобно использовать “предельный” детерминированный сигнал, чтобы правильно оценивать ресурс системы при достижении случайным сигналом предельных значений параметров энергетических , спектральных и т. д. Детерминированная модель проще в анализе и дает точные (граничные) (предельные) оценки.

Во-вторых, в инженерной практике до передачи реального сигнала канал испытывается измерительным детерминированным сигналом с таким расчетом, чтобы аппаратура была готова обеспечить передачу с заданным качеством случайного (заранее не известного !) сигнала.

Таким образом, при рассмотрении каждого из видов модуляции необходимо разобраться, какими неслучайными показателями характеризуется данный вид модуляции и какие характеристики (ресурс) должен иметь канал при передаче по нему случайных сигналов с заданным видом модуляции.

Сигналы, модулированные по амплитуде.

Амплитудная модуляция (АМ) и ее разновидности.

Суть амплитудной модуляции заключается в изменении огибающей  модулированного колебания (вида 3.1.1) по закону управляющего сигнала  при неизменных частоте  и начальной фазы .

Аналитически это означает условие:

  (3.1.2)

где — коэффициент пропорциональности между значением  и изменением огибающей.

В общем виде первичный сигнал (например, речевой) можно записать:

   (3.1.3)

где — огибающая, — полная фаза (изменение частоты) первичного сигнала.

Если , а , имеет место гармонический низкочастотный импульсный сигнал (ток):

   (3.1.4)

Тогда при амплитудной модуляции модулированный сигнал описывается выражением:

(3.1.5)

При модуляции тоном:

  (3.1.6)

где — амплитуда несущей;

— частота несущей;

— коэффициент (глубины амплитудной) модуляции, характеризующей относительное изменение огибающей (по отношению к несущей),  (во избежании искажений).

Выражение (3.1.5) нетрудно преобразовать:

(3.1.7)

Для случая модуляции тоном:

(3.1.8)

Из (3.1.7) следует:

  1.  амплитудно-модулированное колебание содержит три спектральные компоненты:

колебание несущей (первое слагаемое), не содержащие информационных признаков:

колебание нижней боковой полосы (второе слагаемое) м колебание верхней боковой полосы (третье слагаемое), содержащее все информативные признаки: одинаковые амплитудные, симметричные (относительно ) частотные, и несимметричные — фазовые.

Таким образом, в одной боковой полосе достаточно информационных признаков, чтобы восстановить первичный сигнал на приемной стороне:

  (3.1.9)

Запись (3.1.9) представляет собой запись сигнала однополосной модуляции (ОМ), который можно получить путем подавления несущей и одной из полос в спектре сигнала АМ:

Если в записи (3.1.7) исключить несущую:

(3.1.11)

то полученное выражение соответствует сигналу балансной модуляции (рисунок 3.1.3)

Сравнивая (3.1.9) и (3.1.3), можно заметить:

огибающая сигнала ОМ повторяет с точностью до множителя огибающую первичного сигнала;

приращение фазы определяется полной фазой первичного сигнала;

приращение частоты относительно  равно частоте модулирующего колебания.

В частности, для случая модуляции тоном (рисунок 3.1.2)

   (3.1.10)

таким образом, колебание вида (3.1.9) никак не соответствует правилу (3.1.2) для АМ, а классифицируется как колебание с амплитудно-фазовой модуляцией.

Действительно, в отличие от сигнала вида (3.1.8) сигнал  вида (3.1.10) не содержит явно изменяемых ни амплитудных, ни частотных признаков (монохроматическое колебание !), хотя в нем заложены все исходные информационные признаки.

Спектральные свойства сигналов, модулированных по амплитуде.

Общее правило построения амплитудного спектра АМ сигнала состоит в переносе спектра модулирующего сигнала по оси частот вправо на  и зеркальном отображении его относительно несущей , уменьшением амплитуд боковых составляющих  в  раз!

При этом из условия   следует, что , или     (3.1.12)

Спектральное изображение сигнала балансной модуляции будет отличаться только отсутствием несущей (рисунок 3.1.3).

Для сигналов АМ и БМ ширина заменяемого спектра :

 (3.1.13)

где — наивысшая частота первичного сигнала  .

Таким образом, самой компактной спектр имеют сигналы ОМ.

Энергетические свойства сигналов, модулированных по амплитуде.

Выбор амплитудного параметра в качестве информативного обуславливает требование к линейности усиления сигналов рассматриваемых видов. В любом усилительном устройстве участок линейного (без искаженного) усиления ограничен по амплитудному признаку.

Пусть граничные возможности устройства по линейному усилению характеризуются значением напряжения .

Тогда для АМ:

 (3.1.15)

для БМ:

     (3.1.16)

для ОМ:

     (3.1.17)

С учетом того, что

  (3.1.18)

можно записать:

— максимальная мощность усилительного устройства.

Для АМ при и ,

для БМ при

для ОМ

Анализ приведенных выше выражений приводит к выводу о явных энергетических преимуществах сигналов ОМ. Переход от тонального модулирующего сигнала к случайному (речевому) ухудшает показатели   по сравнению с , но не нарушает энергетических соотношений между видами модуляции.

Выводы:

  1.  Исторически первыми были предложены и реализованы сигналы АМ. Их неоспоримым преимуществом является простота конструктивной реализации передающих и приемных устройств из-за отсутствия жестких требований к стабильности .
  2.  Самым экономным т эффективным по спектральным и энергетическим показателям являются сигналы ОМ. Однако они задают очень жесткие требования к устройствам формирования  (по стабильности) и устройствам усиления (по линейности), приводя к усилению и удорожанию аппаратуры. В аналоговой телеграфной многоканальной аппаратуре канал с ОМ называется каналом ТЧ(тональной частоты)
  3.  Общим недостатком сигналов, модулированных по амплитуде, является высокая уязвимость от помех всех видов (разрушающих амплитудные признаки линейного сигнала). Избаситься от этого недостатка можно с переходом к угловой модуляции.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59641. Для всіх одна: Сценарій святкування Дня незалежності України 37 KB
  У кожній думі КобзаряЖиве могутня Україна. По всій землі святій землі Гриміла славна Україна. І слава Хортиці гучна І Берестечка кров невинна То все вона для всіх одна То наша вільна Україна.
59643. Знай свій рід, своє слово, свою пісню: Сценарій для молодших школярів 37 KB
  Добрий день, наші юні друзі! Сьогодні ми зібралися з вами, щоб відсвяткувати Міжнародний день захисту дітей. В усьому світі діти завжди були і є радістю для дорослих. Вони про них піклуються, опікають, намагаються віддати все краще.
59645. Можна все на світі вибиpати, сину, вибpати не можна тільки Батьківщину 35 KB
  Але це пpо ту загальну Батьківщину: Батьківщину-кpаїну Батьківщину-наpод. Це пpо неї якийсь дотепник сказав: Моя Батьківщина там де мені добpе. За неї вмиpають її пpославляють пpацею оспівують в поезіях і піснях.
59646. На Великдень: Святкове дійство 46 KB
  Діти в кошику відкривають очі похитують голівками ніби від подиху вітерця ожили: ПАСКА: Чому в мене голова Ще в мене поклали: Яйця масло молоко Цукор і сметану Дріжджі борошно і сіль Ще й для запаху ваніль.
59647. Народні символи України 36.5 KB
  У канадців наприклад клен у росіян берізка а в нас калина верба і тополя. Не було хати біля якої б не пишалась червона калина. Бувало як зацвіте калина пишним цвітом дівчата ними коси прикрашають. Калина була потрібна і в численних обрядах.
59648. Оживає дух козацький: Театралізований вечір-конкурс 37 KB
  Отаман: За дніпровськими порогами за південними дорогами за степами за широкими Наші прадіди жили Мали Січ козацьку сильную Цінували волю вільную Україну свою рідну Як зіницю берегли. Отаман: Дякую тобі лицарю добрі були слова твої...
59649. Ой, завю вінки... Сценарій народного свята на Троїцю 51.5 KB
  На сцену у справжньому народному одязі виходить ведуча. ВЕДУЧА: Добридень люди добрі Вітаємо з святою Троїцею Саме сьогодні весна передала літу своє зелене вбрання. 1 ДІВЧИНА: Молодець Катруся А зараз понесімо радість усім людям нашого селаВедуча дає дітям крашанки та цукерки.