Общие понятия о модуляции

Модуляция — это процесс изменения одного или нескольких па­раметров несущей в соответствии с изменением параметров сиг­нала, воздействующего на нее (модулирующего сигнала).

Параметры несущей, изменяющиеся во времени под воздейст­вием модулирующего сигнала, называются информационными, так как в их изменениях заложена передаваемая информация. Физический процесс управления параметрами несущей и явля­ется модуляцией. Таким образом, любой модулятор (устройство, предназначенное для получения модулированного сигнала.) (рис. 3.1) должен иметь два входа: один — для несущей, другой — для модулирующего сигнала. Модулированный (высокочастотный). сигнал на выходе модулятора зависит от времени и от модули­рующего сигнала u_M(\t), поэтому и обозначается как функция двух аргументов s(u_M, t).

Модулированные сигналы различаются по виду несущей и по модулируемым параметрам. В качестве несущей в настоящее вре­мя широко используются гармонические колебания, периодическая последовательность импульсов, реже — колебания специальной формы, узкополосный случайный процесс.

Гармоническая несущая s_H(t)=A₀ cos(ω₀t+ψ₀), например, характеризуется тремя свободными параметрами: амплитудой, час­тотой и фазой. Все они могут быть информационными. Изменяя один из них при постоянстве других, получаем три основных вида модуляции: амплитудную (AM), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Модулированный сигнал при гармонической несущей в общем случае можно представить в виде

s(u_m,t)=A(t)cosψ(t) (3.1)

где A(t) — огибающая сигнала;ψ(t)— полная фаза.

За интервал времени, в течение которого полная фаза ψ (t) (изменится на 2я, огибающая не успеет сильно измениться и ее можно считать медленно меняющейся.

Рис. 3.1. Модулятор

В модулированном сигнале (3.1) мгновенная угловая частота есть производная от полной фазы по времени

ω(t)=dψ(t)/dt (3.2)

Из выражения (3.2) следует, что полная фаза

ψ(t)=∫ω(t)dt (3.3)

При определении параметров модулированных сигналов обыч­но считают, что модулирующий сигнал u_M(t) нормирован, т. е. максимальное абсолютное мгновенное значение равно единице — mах|u_м(t) | = 1, а средняя мощность согласно (2.27) и (2.33) Рu = = 1/K²а, где Kа — коэффициент амплитуды сигнала.

Главная особенность любой модуляции — преобразование спектра модулирующего сигнала. В общем случае происходит рас­ширение спектра, а при гармонической несущей — перенос спект­ра в область около частоты несущей. Именно это обстоятельство и привело к использованию только модулированных сигналов в ра­диосвязи, многоканальной связи.

Даже при гармонической несущей теоретически возможно бес-конечное число видов модуляции. Практически в настоящее время в системах связи используется более пятидесяти видов модуляции и число их продолжает расти. Почему так много? Ведь преобра-зование спектра характерно для каждого вида модуляции и здесь можно было бы ограничиться одним-двумя видами модуляции, технически просто реализуемыми. Дело в том, что различные виды модуляции имеют неодинаковую помехоустойчивость.

Вопрос выбора модуляции и несущей для системы связи дол­жен решаться разработчиками не только с точки зрения эффек­тивного прохождения по линии связи несущей и простоты выпол­нения операций модуляции и демодуляции. Прежде всего надо-учитывать способность данного вида модуляции обеспечить задан­ное качество передачи сообщений при наличии помех.