double arrow

Модуляция и демодуляция сигналов

Сигнал – физический процесс, параметры которого содержат информацию.

Общее определение модуляции.

Сигналы, поступающие от источника сообщений, не могут быть непосредственно переданы по каналу связи (линии связи), т.к. они являются низкочастотными. Для эффективной передачи сигналов необходимо перенести спектр этих сигналов из низкочастотной области в область высоких частот.

Эта процедура называется модуляцией, т.е. нанесение информации на математический носитель путём изменения параметров физического процесса. В передатчике формируется вспомогательный ВЧ сигнал, который называется несущим сигналомили носителем. Его математическая модель – невозмущённый носитель где - параметры, определяющие форму этого сигнала.

Пусть– НЧ сообщение, подлежащее передаче. Если хотя бы один из параметров изменяется во времени пропорционально передаваемому сообщению, то несущее колебание несёт в себе информацию, которая первоначально была заключена в .

Физический процесс управления параметрами несущего колебания является модуляцией.

Классификация носителей.

Носитель как функция времени где - параметры носителя. Модулированный сигнал где - случайная функция времени; - переменная составляющая i -го параметра; х – информационная функция случайного носителя или модулирующая функция. Обычно k – коэффициент пропорциональности.

Простая модуляция. Сложная модуляция.

I тип носителя: - постоянное состояние, например: постоянное напряжение имеет один информационный параметр, и в определённый момент передаёт данные.

II тип носителя: колебание, например гармоническое колебание: Например, переменное напряжение содержит 3 параметра: амплитуда U, фаза , частота или период

III тип носителя: последовательность импульсов – предоставляет некоторые возможности: параметры модуляции: амплитуда импульса U, фаза , частота , длительность импульсов или пауз , число импульсов n, определяющая код k. Это - кодоимпульсная модуляция.

Основные виды модуляции для перечисленных носителей.

I. ПМ – прямая модуляция.

II. АМ, ЧМ, ФМ. ЧМ и ФМ называется угловой модуляцией.

III. Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), частотно-импульсная (ЧИМ), времяимпульсная (ВИМ), широтно-импульсная (ШИМ), фазоимпульсная (ФИМ), счётно-импульсная (СИМ), кодоимпульсная (КИМ) – используется комбинация импульсов и пауз. ШИМ и ФИМ частный случай ВИМ, СИМ – частный случай КИМ. КИМ и СИМ связаны с квантованием непрерывной величины.

Виды I и II сохраняют непрерывную структуру информации.


Место модуляции в системах передачи дискретной информации:

z х y u

ИИ – источник информации дает сообщение Z;

КИ – кодер источника – для эффективного и оптимального кодирования;

КК – кодер канала – обеспечивает заданную достоверность при подаче и хранении информации путём дополнительного внесения избыточности;

М – модулятор – подготовлен для передачи по ЛС. Устройство кодирования символов сигналами;

ИП – источник помех;

Y – сигнал, искажённый шумом;

ДМ – демодулятор;

ДК

ДИ

П – декодированное сообщение.

Модулятор

 
 


Невозмущенный носитель – чистая поверхность, на которую наносятся необходимые данные – модуляция.

Спектр модулированного сигнала с носителем в виде постоянного тока.

а) невозмущённый носитель (процесс) – в виде постоянной составляющей – напряжение или ток может быть представлен в виде временной (t-диаграмма) и частотной (-диаграмма).

t – диаграмма – описывает состояние процесса во времени;

-диаграмма – частотное представление процесса

- спектральная плотность сигнала.

.

б) носитель, возмущаемый чувствительным элементом, подвергается изменениям и становится сигналом, переносящим информацию .

Если модулирующая функция представляет собой единственную гармонику частоты , то информационный параметр (амплитуда) носителя содержит это колебание и постоянную составляющую .

.

Спектр сигнала с гармоническим носителем.

а) невозмущённый гармонический носитель - амплитуда, - начальная фаза.

б) Амплитудная модуляция

Амплитудно модулированный сигнал в общем виде:

· Информацию переносит компонента

· можно представить суммой гармонических колебаний

где - частичные, парциальные коэффициенты глубины модуляции, представляющие отношение амплитуд высших гармоник и основной ; - частоты и фазы составляющих .

Общий коэффициент модуляции М определяет наибольшее симметричное относительное отклонение амплитуды носителя от среднего значения

(глубина модуляции)

· можно представить одним низкочастотным синусоидальным колебанием частоты

произведение cos раскладывается:

Выявляются частотные составляющие

Модулированный сигнал имеет дискретный спектр (линейчатый), состоящий из трёх спектральных линий.

Временная зависимость.

Амплитудно-модулированный сигнал – произведение низкочастотной огибающей и высокочастотного гармонического заполнения практически огибающая изменяется во времени гораздо медленнее, чем ВЧ-заполнение.

Можно ввести понятие глубина модуляции, .

АМ сигналы с малой глубиной модуляции нецелесообразны ввиду неполного использования мощности передатчика.

При 100% модуляция в 2 раза увеличивают амплитуду колебаний при пиковых значениях модулирующего сообщения, и дальнейшее увеличение ведёт к нежелательным искажениям.


Неглубокая АМ:

Глубокая АМ – нежелательна:

Перемодуляция – форма огибающей перестаёт повторять форму модулирующего сигнала.

Возможны более сложные модулирующие функции. Анализируются аналогично.

в) частотная и фазовая модуляция:

При изменении всегда изменяется фаза колебаний, и наоборот. Этим определяют общий характер ЧМ и ФМ. Иногда их объединяют под общим названием – угловая модуляция.

Частотная модуляция – осуществляется прямым воздействием датчика на генератор для изменения частоты его колебаний, хотя при этом изменяется и

При фазовой модуляции – датчик воздействует на выходную цепь генератора, изменяя фазу несущего колебания, однако при переходе от одной фазы к другой изменяется и частота колебаний.

Пример: скачкообразное изменение и .

Частота оценивается по скорости изменения а полная фаза (угол) – по интегральному значению угловой частоты.

Модулированный сигнал:

При ЧМ частота процесса отклоняется на от средней частоты в соответствии с информационной функцией

Пусть модулирующая функция – функция частоты . Тогда угловая частота процесса должна изменяться по закону .

Если использовать носитель в виде стабильного по амплитуде переменного напряжения, то

Максимальное отклонение от называется девиацией частоты, отношение - называется индексом модуляции.

Тогда .

- более сложная модулирующая функция, представляется рядом из косинусоидальных функций:

,

- частичные или парциальные индексы модуляции, зависят от амплитуд и частот соответствующих гармоник.

При ФМ – осуществляется сдвиг фазы носителя на от средней фазы . Если информация передаётся элементарной косинусоидальной функцией, то и фаза носителя изменяется по закону: ,

;

, .

, , .


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: