Амплітудні модуляція і демодуляція

Несуче коливання гармонійних видів модуляції, подамо таким чином

u = U ₀ cos (ω ₀ t – φ ₀).

Модулювальний (інформаційний) сигнал f(t) при амплітудній модуляції впливає на постійну амплітуду U_o коливання несучої частоти, змінюючи її пропорційно до величини модулювального сигналу:

U ₀ + Δ U_mf (t),

де Δ U_m — найбільше відхилення амплітуди АМ-коливання.

Таким чином, вираз для АМ-коливання можна записати так:

UАМ = [ U 0 + Δ Umf (t)]cos ω 0 t = U0 [1 + ]cos ω 0t,

(6.1)

де відношення має назву коефіцієнта амплітудної модуляції.

Щоб уникнути явища перемодуляції, при якому на виході модулятора різко розширюється спектр модульованого сигналу, значення коефіцієнта т_а вибирається меншим за одиницю. З урахуванням цього вираз (6.1) запишеться таким чином:

U_АМ = [ U ₀ + Δ U_mf (t)]cos ω ₀ t = U₀ [1 + m_af (t)]cos ω ₀t.

Якщо інформаційним сигналом є гармонійне коливання однієї частоти з одиничною амплітудою f (t) = cosΩ t (рис. 6.1, а), то маємо вираз

UАМ = [ U 0 + ma cosΩ t ]cos ω 0 t = U 0 cosω 0 t + cos(ω 0 t +Ω) ++ cos(ω 0 t – Ω).

(6.2)

Перший додаток виразу описує немодульоване несуче коливання, другий і третій доданки з частотами (ω _o + Ω) і (ω ₀ – Ω) — верхню й нижню бічні частоти. Графік амплітудно-модульованого коливання наведено на рис. 6.1, б, а його спектр — на рис. 6.1, в. На рис. 6.1, г наведено спектр AM-коливання при модуляції несучої частоти складним сигналом, що має широкий спектр частот.

а

б

в

г

Рис. 6.1. Амплітудна модуляція: а – інформаційний сигнал; б  амплітудно-модульований сигнал; в – спектр амплітудно-модульованого сигналу; г – спектр амплітудно-модульованого сигналу при модуляції сигналом з широким спектром

У такому сигналі замість бічних частот виникають бічні смуги частот. Ширина спектра модульованого сигналу визначається значенням подвоєної частоти спектра модулювального сигналу Δ ω_АМ = 2Ωдля першого випадку і значенням подвоєної максимальної частоти спектра модулювального сигналу Δ ω_АМ = 2Ω_max — для другого.

Оскільки бічні смуги частот є дзеркальними відображеннями одна одної відносно несучої частоти та несуть одну й ту ж інформацію про інформаційний сигнал, то на практиці для зменшення полоси, яку займає АМ-сигнал, підвищення завадостійкості й більш ефективного використання лінії зв'язку передачу, як правило, проводять на одній бічній смузі, зрізаючи одну з бічних смуг відповідним фільтром.

Така передача має назву передачі на одній бічній смузі (ОБС) і застосовується в багатьох системах передачі інформації. При цьому смуга частот, що передаються, скорочується не менш ніж в два рази.

При використанні за модулювальні сигнали повідомлень у дискретній формі отримують дискретні AM-сигнали (ДАМ-сигнали, маніпуляцію). На рис. 6.2, а показано модулювальний сигнал, ДАМ-сигнали при

т_а = 1 (рис. 6.2, б) і т_а < 1 (рис. 6.2, в), а також спектр ДАМ-сигналу (рис. 6.2, г). Спектр ДАМ-сигналу в каналах передачі обмежують за допомогою фільтрів, наприклад частотою Ω_max. Тоді ширина спектра ДАМ-сигналу буде дорівнювати 2Ω_max.

г).

б

а

в

г

Рис. 6.2. Дискретна амплітудна модуляція: а – модулювальний сигнал;
б – ДАМ-сигнал при m_a = 1; ДАМ-сигнал при m_a < 1; г – спектр сигналів при ДАМ

Спрощену структурну схему системи передачі інформації з амплітудною модуляцією зображено на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Структурна схема системи передачі інформації
з амплітудною модуляцією

Послідовність імпульсів двійкового коду, наприклад, з виходу аналого-цифрового перетворювача (АЦП) надходить на вхід амплітудного модулятора AM, який, працюючи в режимі дискретної модуляції, пропускає струм генератора несучої частоти (ГНЧ) в канал зв'язку при одній полярності імпульсів і не пропускає його при іншій. При однополярних імпульсах на вході модулятор працює, тобто пропускає струм від ГНЧ, тількипід час дії струмових імпульсів і не працює в паузах. Смуговий фільтр (СФ) навиході пристрою перетворення сигналів передавача (ППС_прд) призначений для обмеження спектра сигналу, що передається в канал, шляхом усунення спектральних складових зайвих продуктів модуляції.

На приймальній стороні амплітудно-модульований сигнал потрапляє на СФ пристрою перетворення сигналів приймача (ППС_прм), який вирізняє АМ-сигнал на фоні завад, а також зменшує дію тих завад, що надходять з каналу. У багатоканальних системах передачі з частотним поділом каналів смугові фільтри призначені для виділення сигналу цього каналу з групового сигналу. Підсилювач (П), щопідсилює сигнал, який надходить з каналу, як правило, виконується з автоматичним регулюванням підсилення для підтримки певного рівня сигналу на вході амплітудного демодулятора.

Амплітудний демодулятор (АДМ), який найчастіше виконується за схемою амплітудного детектора (випрямляча), перетворює АМ-сигнали в імпульси постійного струму. Пороговий пристрій (ПП), що вмикається на виході АДМ,формує прямокутні одно- і двополярні імпульси для нормального функціонування схем, що підмикаються до виходу приймача, наприклад, декодера або цифро-аналогового перетворювача (ЦАП). При поданні на вхід системи безперервного сигналу схема діє аналогічно, з тією лише різницею, що AM працює в режимі модуляції з коефіцієнтом, меншим за одиницю. Неперервний сигнал на приймальній стороні знімається з виходу фільтра нижніх частот ФНЧ. У цьому випадку пороговий пристрійвимикається.

Перевагою таких систем передачі сигналів є простота реалізації, недоліками — низька завадостійкість і велика чутливість до дії імпульсних завад і короткочасних переривань каналу.