70602

МОДУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ

Лекция

Физика

Дискретизация непрерывных сигналов заключается в том, что вместо передачи непрерывного сигнала передаются лишь значения его в отдельные моменты времени, взятые достаточно часто, чтобы по ним можно было воспроизвести непрерывный ситная

Русский

2014-12-19

177.5 KB

0 чел.

ЛЕКЦИЯ 7

МОДУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ

Изучаемые вопросы:  1. Дискретизация непрерывных сигналов. Теорема Котельникова

2. Свойства манипулированных сигналов

3. Амплитудная манипуляция

4. Фазовая и частотная модуляция

В данной лекции реализуются следующие элементы квалификационных требований:

1 Студент должен знать временные и спектральные характеристики детерминированных сигналов.

2 Студент должен уметь использовать методы спектрального и корреляционного анализа детерминированных и случайных сигналов.

3 Студент должен владеть приемами измерения основных параметров и характеристик радиотехнических цепей и сигналов;

1 ДИСКРЕТИЗАЦИЯ НЕПРЕРЫВНЫХ СИГНАЛОВ. ТЕОРЕМА КОТЕЛЬНИКОВА

Дискретизация непрерывных сигналов заключается в том, что вместо передачи непрерывного сигнала передаются лишь значения его в отдельные моменты времени, взятые достаточно часто, чтобы по ним можно было воспроизвести непрерывный ситная, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1

Дискретизация непрерывных сигналов позволяет осуществить временное уплотнение канала связи, при котором в промежутках между дискретными значениями одного непрерывного сигнала можно передавать тоже дискретные значения других сигналов (рисунок 2).

Рисунок 2

Для воспроизведения сигнала необходимо воспроизведение всех составляющих его спектра. Для передачи каждой из составляющих требуется некоторая минимальная частота отсчетов ее значений, позволяющая воспроизвести по ним составляющую с достаточной степенью точности. Наибольшая частота отсчетов потребуется для воспроизведения самой высокочастотной составляющей спектра. Как видно из рисунка 3, для воспроизведения гармонического колебания достаточно иметь отсчеты его значений через равные промежутки времени не реже, чем через полпериода, т.е. через  или с частотой  (не менее).

Рисунок 3

Если исходить из необходимости воспроизведения составляющей самой высокой частоты , то минимальная частота отсчетов должна быть не менее .

Приведенные рассуждения служат иллюстрацией теоремы Котельникова, являющейся одним из фундаментальных положений теоретической радиотехники и основой дискретизации сигналов. Полученный результат справедлив для сигналов с ограниченным по ширине (конечным) спектром, в состав которого входят составляющие с частотами не выше наибольшей - .

Теорема Котельникова. Для сколь угодно точного воспроизведения сигнала с конечным спектром достаточно воспроизвести его значения через интервалы времени , где  - наивысшая частота спектра.

Из конечности спектра сигнала вытекает бесконечность его во времени. Между тем реальные сигналы всегда имеют начало и конец, т.е. являются сигналами с бесконечным спектром. Для практического применения теоремы Котельникова бесконечный спектр ограничивают его существенной для воспроизведения сигнала частью. Критерии существенности могут быть различными - по энергии сигнала, заключенной в существенной части спектра, по воспроизведению формы сигнала. К сигналу с ограниченным таким образом спектром применяется теорема Котельникова.

Теорема дает предельные, идеальные соотношения. Для практического применения интервал отсчетов (выборок) принимается в 2-5 раз меньше, чем это следует из теоремы Котельникова.

2 СВОЙСТВА МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Дискретизация сигналов связана с модуляцией радиосигналов импульсами, соответствующими отсчетам непрерывного сигнала. При этом имеет место скачкообразное изменение параметров модулируемого колебания. Такой способ модуляции называется манипуляцией.

Радиосигналы, модулированные импульсными управляющими сигналами, называются манипулированными сигналами.

Классическим примером манипулированных сигналов является передача радиотелеграфных сигналов. Сейчас во многих радиотехнических системах радиосигналы представляют собой колебания радиочастоты, модулированные последовательностью прямоугольных импульсов, т.е. манипулированные сигналы.

Различают три основных вида манипуляции: амплитудную, частотную и фазовую. На рисунке 4 приведены графики сигналов при различных видах манипуляции кодированным (двоичным кодом) сигналом.

Рисунок 4

При амплитудной манипуляции (AM) символу 1 соответствует передача несущего колебания, символу 0 - отсутствие колебания.

При частотной манипуляции (ЧМ) символу 1 соответствует частота несущей , а символу 0 - частота .

При фазовой манипуляции (ФМ) меняется фаза несущей на величину  (обычно на 180°) при каждом переходе от 1 к 0 или от 0 к 1.

В настоящее время применяется относительная фазовая манипуляция (ОФМ). В отличие от ФМ в системе ОФМ фаза несущего колебания изменяется на  при передаче символов 1 и остается неизменной при передаче символов 0. При этом манипуляция каждый раз осуществляется относительно предыдущей посылки. Таким способом можно манипулировать (изменять) любой параметр несущего колебания и получать при этом ОЧМ, ОАМ.

3 АМПЛИТУДНАЯ МАНИПУЛЯЦИЯ

Будем считать, что манипуляция осуществляется периодической последовательностью прямоугольных импульсов при  (рисунок 5).

Рисунок 5

Тогда из общего выражения для периодической последовательности прямоугольных импульсов

,

при

.

Амплитудно-модулированный (АМ) сигнал:

.

Огибающая спектра АМ сигнала

Огибающая получается заменой дискретных значений частоты  непрерывной частотой . Спектр изображен на рисунке 6.

Рисунок 6

Спектр  является спектром обычной последовательности радиоимпульсов при .

4 ФАЗОВАЯ И ЧАСТОТНАЯ МАНИПУЛЯЦИЯ

При фазовой манипуляции таким же сигналом, как и в предыдущем случае, манипулированное колебание  можно представить в виде суммы двух амплитудно-манипулированных колебаний

,

как это показано на рисунке 7.

Рисунок 7

Амплитудные спектры колебаний  и  одинаковы, различны лишь их фазовые спектры вследствие сдвига последовательности импульсов по оси времени (фаза отличается на величину ) и фазовой манипуляции (на величину ). При этом -я составляющая колебания  имеет вид:

;

-я составляющая колебания :

;

-я составляющая результирующего колебания :

.

Из тригонометрии известно соотношение

,

поэтому при сложении двух гармонических колебаний одинаковой частоты и с одинаковыми амплитудами получим:

,

где  - амплитуда -й составляющей результирующего колебания .

На рисунке 8 приведена векторная диаграмма, поясняющая изложенное выше.

Рисунок 8

Определим разность фаз:

.

Поскольку в спектрах  и  имеются только нечетные составляющие (при ), то, отбрасывая целое число раз по , получим, что

,

а   

для всех составляющих, кроме несущей, и

при  (для несущей).

При этом амплитуда боковых составляющих результирующего спектра,

амплитуда колебания несущей частоты

.

В зависимости от изменения фазы при манипуляции  происходит "перелив" мощности между несущей и боковыми составляющими. При так называемой -манипуляции . При этом амплитуда несущей равна нулю, а амплитуды боковых составляющих максимальны

,  

При частотной манипуляции (ЧМ) манипулированный сигнал также можно представить в виде суммы двух последовательностей (рисунок 9):

.

Рисунок 9

Амплитудные спектры этих последовательностей одинаковы по структуре и подобны изображенным на рисунке 6, но сдвинуты один относительно другого на величину  (рисунок 10).

Результирующий спектр расширяется относительно спектра одиночной последовательности на величину .

Рисунок 10

Кроме рассмотренных особенностей структуры спектров манипулированных колебаний, можно сделать некоторые обобщающие выводы из их рассмотрения. Общая ширина спектра во всех случаях определяется длительностью импульсов. При частотной манипуляции ширина спектра увеличивается на разность несущих .

Старший преподаватель кафедры Радиоэлектроника  С. Лазаренко


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34530. Литературный процесс 1 половины 20 в. Общие тенденции развития 15.11 KB
  20 века изобилие экспериментов в литературе изобретаются новые формы новые приемы новые религии. Модернизм 20 века вступает в новую стадию которая называется авангардизм. Реализм 20 века отличается тем что использует ранее несовместимые приемы. В литературе складывается концепция человека.
34531. Своеобразие критического реализма первой половины 20 века 16.97 KB
  Литература стремится проникнуть в сферу иррационального подсознания. Массовая литература=паралитература Она не является искусством это популярная коммерческая литература приносящая моментальный доход является удобным средством манипулирования сознанием. Массовая литература оказала сильное влияние на реализм благодаря развитию книгопечатания. Масс литература превратила духовные ценности в массовый товар рассчитана на массовость и примитивность.
34532. Модернизм, его философские и эстетические основы 18 KB
  Термин модернизм присущ только отечественной искусствоведческой школе в западных источниках это термин modern. Так как в русской эстетике модерн означает художественный стиль предшествующий модернизму необходимо различать эти два понятия дабы избежать путаницы. Модернизм как идеологическое явление противопоставляется идеологии традиционного общества основанной вопервых на доминировании традиции над инновацией а вовторых опирающейся на религиозное или мифологическое оправдание этой традиции.
34533. Социалистический реализм 16.34 KB
  Интеллигенция была к ним восприимчива этим и было обусловлено влияние политика на искусство это вело к художественным потерям. Искусство для искусства требования безответственности ибо искусство не может отстаивать роскошь в мире безмерных страданий не рискуя стать ложью. Искусство соцреализма искусство пропаганды. Розовая библиотека искусство не отражает действительность а искажает ее.
34534. Тема ясности в Творчестве А. Барбюса 17 KB
  Герой романа автобиографичен: на пути прощания с ложными иллюзиями он проходит сквозь очищающий огонь к ясности что в лексиконе писателя означает истину и правду. Многие участники войны до того считавшие что ими двигал патриотизм и жажда справедливости теперь увидели в героях романа свою собственную судьбу. Главный замысел романа прозрение солдатской массы реализуется преимущественно в публицистическом ключе подзаголовок романа дневник взвода. Персонажи романа называют себя палачами и не хотят чтобы о них говорили как о...
34535. Жанровое и стилевое своеобразие Прозы М. Пруста. Повествовательная организация романа В сторону Свана 16.84 KB
  цикл В поисках утраченного времени т. Герой испытывает подлинный интерес к литературе и искусству но его собственные творческие попытки в течение долгого времени безрезультатны. Лишь в последнем романе цикла Обретённое время герой начинает писать роман о своей жизни ибо убеждается в том что только художественное творчество основанное на интуиции сообщает смысл человеческому существованию утраченному времени . привлекают внимание к явлениям субъективного восприятия пространства и времени и особенно непроизвольной памяти; внутренняя...
34536. Традиция семейного романа во франц. л-ре 20 в. (Р. Роллан, Ф. Мориак, Э. Базен) 15.92 KB
  Приступая к рассмотрению многотомных семейных циклов которые продолжают появляться во французской литературе послевоенного периода следует поставить вопрос о характере этого жанра как такового.Прежде всего надо отметить что то обстоятельство что сюжеты этих циклов связаны рамками одного или нескольких семейств отнюдь не означает их асоциальности. Во Франции например начиная с РугонМаккаров вплоть до Семьи Тибо и до нынешних послевоенных семейных циклов все это подчеркнуто социальные произведения которые выходят далеко за пределы...
34537. Проблема гуманизма в произведениях А. Де Сент-Экзюпери. «Маленький принц» как сказка-притча 18.04 KB
  Маленький принц как сказкапритча. Маленький принц был написан в 1943 году и трагедия Европы во второй мировой войне воспоминания писателя о разгромленной оккупированной Франции накладывают свой отпечаток на произведение. То что Маленький принц сказка мы определяют по имеющимся в повести сказочным признакам: фантастическое путешествие героя сказочные персонажи Лис Змея Роза. Прообразом литературной сказки Маленький принц можно считать фольклорную волшебную сказку с бродячей фабулой: прекрасный принц изза несчастной любви...
34538. От Сюрреализма к соцреализму. Арагон и Элюар 18.91 KB
  Арагон и Элюар СЮРРЕАЛИЗМ Мировой центр Париж но среди участников движения были и немцы и чехи и американцы. Участники необычайно имениты: Арагон Ренуар Дали и т. Арагон поэт и романист которому принадлежит видное место во французской литературе социалистического реализма крупный общественный деятель. стала для Арагона первой школой жизни.