Множество типов радиочастотной модуляции

4.2. Сигналы с непрерывной амплитудной модуляцией

Рассмотрение модулированных сигналов начнем с сигналов, у которых в качестве изменяемого параметра выступает амплитуда несущего колебания. Модулированный сигнал в этом случае является амплитудно-модулированным или сигналом с амплитудной модуляцией (АМ-сигналом).

Как уже было отмечено выше, основное внимание будет уделено сигналам, несущее колебание которых представляет собой гармоническое колебание вида

где – амплитуда несущего колебания,

– частота несущего колебания.

Здесь и далее полагается, что начальные фазы гармонических колебаний равны нулю.

В качестве модулирующих сигналов сначала рассмотрим непрерывные сигналы . Тогда модулированные сигналы будут являться сигналами с непрерывной амплитудной модуляцией. Такой сигнал описывается выражением

, (4.2)

где – огибающая АМ-сигнала,

– коэффициент амплитудной модуляции.

Из выражения (4.2) следует, что АМ-сигнал представляет собой произведение огибающей на гармоническую функцию . Коэффициент амплитудной модуляции характеризует глубину модуляции и в общем случае описывается выражением

. (4.3)

Очевидно, при сигнал представляет собой просто несущее колебание.

Для более детального анализа характеристик АМ-сигналов рассмотрим простейший АМ-сигнал, в котором в качестве модулирующего сигнала выступает гармоническое колебание

, (4.4)

где , – соответственно амплитуда и частота модулирующего (управляющего) сигнала, причем . В этом случае сигнал описывается выражением

, (4.5)

и называется сигналом однотональной амплитудной модуляции.

На рис. 4.2 изображены модулирующий сигнал , колебание несущей частоты и сигнал .

Для такого сигнала коэффициент глубины амплитудной модуляции равен

Воспользовавшись известным тригонометрическим соотношением

после несложных преобразований получим

(4.6)

Выражение (4.6) устанавливает спектральный состав однотонального АМ-сигнала. Первое слагаемое представляет собой немодулированное колебание (несущее колебание). Второе и третье слагаемые соответствуют новым гармоническим составляющим, появившимся в результате модуляции амплитуды несущего колебания; частоты этих колебаний и называются нижней и верхней боковыми частотами, а сами составляющие – нижней и верхней боковыми составляющими.

Амплитуды этих двух колебаний одинаковы и составляют величину

, ( 4.7)

На рис. 4.3 изображен амплитудный спектр однотонального АМ-сигнала. Из этого рисунка следует, что амплитуды боковых составляющих располагаются симметрично относительно амплитуды и начальной фазы несущего колебания. Очевидно, ширина спектра однотонального АМ-сигнала равна удвоенной частоте управляющего сигнала

В общем случае, когда управляющий сигнал характеризуется произвольным спектром, сосредоточенным в полосе частот от до , спектральный характер АМ-сигнала принципиально не отличается от однотонального.

На рис. 4.4 изображены спектры управляющего сигнала и сигнала с амплитудной модуляцией. В отличие от однотонального АМ-сигнала в спектре произвольного АМ-сигнала фигурируют нижняя и верхняя боковые полосы. При этом верхняя боковая полоса является копией спектра управляющего сигнала, сдвинутой по оси частот на

величину , а нижняя боковая полоса представляет собой зекальное отображение верхней. Очевидно, ширина спектра произвольного АМ-сигнала

, (4.8)

т.е. равна удвоенной верхней граничной частоте управляющего сигнала.

Возвратимся к сигналу однотональной амплитудной модуляции и найдем его энергетические характеристики. Средняя мощность АМ-сигнала за период управляющего сигнала определяется по формуле:

. (4.9)

Так как , а , положим , где . Подставляя выражение (4.6) в (4.9), после несложных, но достаточно громоздких преобразований с учетом того, что и с использованием тригонометрических соотношений

и ,

получим

. (4.10)

Здесь первое слагаемое характеризует среднюю мощность несущего колебания, а второе – суммарную среднюю мощность боковых составляющих, т.е.

Так как суммарная средняя мощность боковых составляющих делится поровну между нижней и верхней, что вытекает из (4.7), то отсюда следует

. (4.11)

Таким образом, на передачу несущего колебания в АМ-сигнале тратится более половины мощности (с учетом того, что ), чем на передачу боковых составляющих. Так как информация заложена именно в боковых составляющих, передача составляющей несущего колебания нецелесообразна с энергетической точки зрения. Поиск более эффективных методов использования принципа амплитудной модуляции приводит к сигналам балансной и однополосной амплитудной модуляции.

Частотная модуляция

Частотная модуляция представляет собой форму угловой модуляции, при которой мгновенная частота несущей изменяется линейно с мгновенным изменением амплитуды модулирующего сигнала ». (ссылка вики)

Мишель Бакни создатель QS: P170, Q81411358, FM-модуляция — ru, CC BY-SA 4.0

УЗКАЯ ДИАПАЗОН FM:

Узкополосная частотная модуляция имеет индекс модуляции около единицы. Наибольшее отклонение δ << f_m. Уравнение полосы пропускания дается следующим уравнением. a

В = 2f_m.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ FM:

Обычно модуляция с расширенным диапазоном частот имеет индекс модуляции больше, чем тот. Уравнение полосы пропускания представлено в следующем уравнении.

B = 2 (δ + f_m)

Для широкополосного FM δ << f_mи поэтому B = 2δ

Возможно, вам также будет интересно

К счастью, более короткие миллиметровые волны позволяют использовать больше направленных антенн не только на базовой станции, но и на оборудовании пользователя, чем это было бы практично и целесообразно на более низких частотах. Особый интерес в данном случае представляют антенные решетки, диаграммами направленности которых можно управлять. Более высокий коэффициент усиления в требуемом направлении компенсирует некоторые из потерь на пути прохождения волны, а более узкая ширина луча диаграммы позволяет уменьшить

Компания Ironwood Electronics дополнила свою серию высококачественных тестовых СВЧ-гнезд, выпустив новую модель — GT-BGA-2135, предназначенную для микросхем в корпусах BGA. Особенностями тестового гнезда являются очень высокие рабочие частоты и расширенный диапазон рабочих температур. В тестовом гнезде используется высококачественный эластомерный контактор с очень малой индуктивностью. Основные параметры тестового СВЧ-гнезда: диапазон рабочих частот: до 94 ГГц; вносимые

В различных радиотехнических системах широко используются усилители мощности ВЧ/СВЧ-диапазона, от показателей качества которых в значительной степени зависит выполнение задач такими системами. В современных условиях требования к подобным устройствам постоянно возрастают. В статье рассмотрены изделия компании Saras Technology, которая существенно продвинулась в направлении разработки и выпуска высокоэффективных усилителей мощности.

Ссылки [ править ]

Rory PQ (8 мая 2019 г.). «Что такое модуляция и как она улучшает вашу музыку» . Икона Коллективная . Проверено 23 августа 2020 года .
«Методы модуляции | Основы электроники | ROHM» . www.rohm.com . Проверено 15 мая 2020 .
Валипур, М. Хади; Хомаюнпур, М. Мехди; Мералян, М. Амин (2012). «Автоматическое распознавание цифровой модуляции при наличии шума с использованием SVM и PSO». 6-й Международный симпозиум по телекоммуникациям (IST) . С. 378–382. DOI10.1109 / ISTEL.2012.6483016 . ISBN 978-1-4673-2073-3. S2CID .
Добре, Octavia А., Али Абди, Йехескел Бар Несс, и Вэй Су. Связь, ИЭПП 1, вып. 2 (2007): 137–156. (2007). «Обзор методов классификации автоматической модуляции: классические подходы и новые тенденции» . IET Communications . 1 (2): 137–156. DOI10,1049 / МТВ-ком: 20050176 .
↑ Ke-Lin Du & MNS Swamy (2010). Системы беспроводной связи: от подсистем RF до технологий 4G . Издательство Кембриджского университета. п. 188. ISBN
978-0-521-11403-5.

Однополосные передатчики

Как известно, при амплитудной модуляции передаются несущая частота, разностные верхняя и нижняя боковые полосы (рис. 5). Частота верхней боковой полосы равна сумме частоты несущей и частоты полезного модулирующего сигнала, тогда как частота нижней боковой полосы равна разности частоты несущей и частоты полезного модулирующего сигнала. Передатчик с одной боковой полосой, или SSB-передатчик (single-sideband modulation), отличается от классического АМ-передатчика тем, что передает только одну полосу частот — верхнюю или нижнюю боковую, а не обе. Таким образом, SSB-передатчик использует меньшую полосу частот, чем передатчик с АМ, но его преимущества заключаются не только в этом.

Рис. 5. Спектр АМ-сигнала

Основное преимущество однополосной амплитудной модуляции заключается в том, что при амплитудной модуляции 70% мощности передатчика расходуются на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит полезной информации. Остальные 30% делятся поровну между боковыми частотными полосами, представляющими собой зеркальное отображение друг друга. Таким образом, без всякого ущерба для передаваемой информации можно исключить из спектра сигнала несущую и одну из боковых полос, расходуя всю мощность передатчика для излучения только полезного сигнала.

Недостатками технологии SSB являются жесткие требования к фильтрам, стабильности и точности опорных генераторов не только передатчика, но и приемника. В случае невыполнения этих требований возникают искажения сигнала. Из-за этого SSB-технология не применяется в аналоговом радиовещании.

На рис. 6 показана одна из возможных реализаций SSB-передатчика. В его состав входит генератор, обеспечивающий несущий сигнал, который перед поступлением в балансный модулятор усиливается до требуемого уровня. Кроме того, усиливается и полезный сигнал, например аудиосигнал. Еще до поступления на вход балансного модулятора полезный сигнал обрабатывается голосовым процессором — сжимается по динамическому диапазону. Это необходимо для того, чтобы избежать перемодуляции. Сигнал также ограничивается по спектру, что упрощает фильтрацию для выделения боковой полосы.

Рис. 6. Структурная схема SSB-передатчика с выделением боковой полосы фильтром

Затем сигнал с выхода балансного модулятора поступает в фильтр выделения боковой полосы. На практике при использовании этого SSB-метода применяются весьма сложные лестничные фильтры на кварцевых резонаторах или электромеханические фильтры. Фильтры позволяют выделить требуемую боковую полосу и подавить нежелательную. После фильтрации сигнал поступает в смеситель вместе с сигналом местного гетеродина. На выходе смесителя появляется высокочастотный сигнал необходимой частоты, который усиливается до необходимого уровня и излучается в эфир.

Что такое Ключ?

В музыке почти каждую песню или пьесу можно описать как написанную “в определенной тональности”

Например, песня “Rolling in the Deep” Адель звучит ”в тональности до минор”.

Тональность просто означает, что в песне используются ноты определенной гаммы – поэтому, если “Rolling in the Deep” написана до минор, в ней используются ноты до минорной гаммы – C, D, Eb, F, G, Ab и Bb.

Если песня написана в определенной тональности – с использованием нот из определенной гаммы – мы записываем ключевые знаки этой гаммы в начале музыки.

Например, в гамме ми мажор есть 4 диеза, поэтому в этой тональности будет четыре диеза, как показано здесь.

Что такое модуляция?

Общий смысл глагола «модулировать» означает «модифицировать, регулировать, изменять», и это определяет суть модуляции даже в специализированном контексте беспроводной связи. Модулировать сигнал – это просто преднамеренно изменять его, но, конечно, эта модификация выполняется строго определенным образом, поскольку целью модуляции является передача данных.

Мы хотим передавать информацию – единицы и нули, если мы имеем дело с цифровыми данными, или последовательность постоянно изменяющихся значений, если мы работаем в аналоге. Но ограничения, налагаемые беспроводной связью, не позволяют нам выражать эту информацию обычным способом; вместо этого мы должны разработать новый «язык», или можно сказать «код», который позволит нам передавать ту же информацию, но в рамках ограничений системы на основе электромагнитного излучения. В частности, нам нужен язык, который совместим с высокочастотными синусоидальными сигналами, поскольку такие сигналы являются единственным практическим средством «переноса» информации в типовой радиочастотной системе.

Эта высокочастотная синусоида, которая используется для передачи информации, называется несущей частотой (или просто несущая). Это название полезно, потому что оно напоминает нам о том, что цель радиочастотной системы заключается не в создании и передаче высокочастотной синусоиды. Скорее, целью является передача (низкочастотной) информации, и несущая – это просто средство, которое мы должны использовать для перемещения этой информации от радиочастотного передатчика к радиочастотному приемнику.

Методы импульсной модуляции [ править ]

Схемы импульсной модуляции нацелены на передачу узкополосного аналогового сигнала по аналоговому каналу основной полосы частот как двухуровневого сигнала путем модуляции пульсовой волны . Некоторые схемы импульсной модуляции также позволяют передавать узкополосный аналоговый сигнал как цифровой сигнал (т. Е. Как квантованный сигнал с дискретным временем ) с фиксированной скоростью передачи, который может передаваться по базовой системе цифровой передачи, например, по некоторой линии код . Это не схемы модуляции в общепринятом смысле, поскольку они не являются схемами кодирования каналов , но должны рассматриваться как схемы кодирования источника , а в некоторых случаях методы аналого-цифрового преобразования.

Аналоговые методы по сравнению с аналоговыми

Амплитудно-импульсная модуляция (ПАМ)
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и глубинно-импульсная модуляция (ШИМ)
Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)
Позиционно-импульсная модуляция (PPM)

Аналоговые методы над цифровыми

Импульсно-кодовая модуляция (PCM)
- Дифференциальный PCM (DPCM)
  
  Адаптивный DPCM (ADPCM)
Дельта-модуляция (DM или Δ-модуляция)
- Дельта-сигма модуляция (ΣΔ)
- Дельта-модуляция с плавно регулируемым наклоном (CVSDM), также называемая адаптивной дельта-модуляцией (ADM)
Плотно-импульсная модуляция (PDM)

Характеристики ШИМ сигнала

Важными характеристиками ШИМ сигнала являются:

амплитуда (U);
частота (f);
скважность (S) или коэффициент заполнения D.

Амплитуда в вольтах задается в зависимости от нагрузки. Она должна обеспечивать номинальное напряжение питания потребителя.

Частота сигнала, модулируемого по ширине импульса, выбирается из следующих соображений:

Чем выше частота, тем выше точность регулирования.
Частота не должна быть ниже времени реакции устройства, которым управляют с помощью ШИМ, иначе возникнут заметные пульсации регулируемого параметра.
Чем выше частота, тем выше коммутационные потери. Он возникают из-за того, что время переключения ключа конечно. В запертом состоянии на ключевом элементе падает все напряжение питания, но ток почти отсутствует. В открытом состоянии через ключ протекает полный ток нагрузки, но падение напряжения невелико, так как проходное сопротивление составляет единицы Ом. И в том, и в другом случае рассеяние мощности незначительно. Переход от одного состояния к другому происходит быстро, но не мгновенно. В процессе отпирания-запирания на частично открытом элементе падает большое напряжение и одновременно через него идёт значительный ток. В это время рассеиваемая мощность достигает высоких значений. Этот период невелик, ключ не успевает значительно разогреться. Но с повышением частоты таких временных промежутков за единицу времени становится больше, и потери на тепло повышаются

Поэтому для построения ключей важно использование быстродействующих элементов.
При управлении электродвигателем частоту приходится уводить за пределы слышимого человеком участка – 25 кГц и выше. Потому что при более низкой частоте ШИМ возникает неприятный свист.

Эти требования часто находятся в противоречии друг к другу, поэтому выбор частоты в некоторых случаях – это поиск компромисса.

Величину модуляции характеризует скважность. Так как частота следования импульсов постоянна, то постоянна и длительность периода (T=1/f)

Период состоит из импульса и паузы, имеющих длительность, соответственно, tимп и tпаузы, причем tимп+tпаузы=Т. Скважностью называется отношение длительности импульса к периоду – S=tимп/T. Но на практике оказалось удобнее пользоваться обратной величиной – коэффициентом заполнения: D=1/S=T/tимп. Еще удобнее выражать коэффициент заполнения в процентах.

Определение модуляции

Теперь, когда мы знаем, что такое ключ, мы можем понять, что означает модуляция.

Модулировать в музыке – значит просто менять пьесу с одной тональности на другую.

Модуляция может сопровождаться изменением ключевых знаков, но не всегда.

Вот мелодия, которая начинается в тональности Ре мажор и переходит в тональность Си минор, без изменения ключевых знаков:

Поп-песня, известная своей модуляцией, – это песня Бейонсе “Love on Top” – в ней 4 ключевых изменения

С модуляцией песня должна оставаться в новой тональности некоторое время, а не только один или два такта.

Если песня модулируется, но только на некоторое время, это называется отклонением, и затем песня обычно возвращается к исходной тональности.

Сравнение модуляции и демодуляции:

МОДУЛЯЦИИ	ДЕМОДУЛЯЦИЯ
Это процесс влияния на информацию о носителе.	Это восстановление исходной информации, полученной от носителя.
При модуляции уникальный сигнал сообщения всегда смешивается с сигналом несущей, параметры которого необходимо изменить.	В методе демодуляции смесь несущей и сигнала сообщения отделяется друг от друга для получения фактического сигнала.
Модуляция требует наличия модулятора для смешивания двух сигналов.	Демодуляция требует, чтобы демодулятор восстановил исходный сигнал.
Модуляция предназначена для передачи данных на большие расстояния.	Демодуляция используется для восстановления исходного сигнала сообщения.
Модуляция сравнительно проста между методами модуляции и демодуляции.	Демодуляция сравнительно сложна между методами модуляции и демодуляции.

Модуляция и демодуляцияКредит изображения: Спа Кальцавара, Оптическая модуляция, CC BY-SA 3.0

Для получения дополнительных статей, связанных с модуляцией и демодуляцией нажмите здесь.

Цифровые модуляции

При цифровой модуляции параметры несущей, амплитуда или угол (аргумент) переключаются между несколькими дискретными значениями в соответствии с передаваемыми двоичными кодами.

Элементарные модуляции

Модуляция » все или ничего» ( OOK (en) : On Off Keying ) с переменной длительностью — это то, что используется в телеграфии (азбука Морзе). По историческим причинам он также называется CW . Он особенно подходит для слухового распознавания оператором. В случае, когда эта модуляция осуществляется вручную, мы также говорим о манипуляции.
При модуляции со сдвигом амплитуды ( ASK или амплитудная манипуляция ) амплитуда переключается между несколькими дискретными значениями.
При частотной модуляции ( FSK или частотная манипуляция ) и при фазовой манипуляции ( PSK ) переключаются соответственно частота и фаза.
В APK (или QAM) фаза и амплитуда принимают разные дискретные значения.

В зависимости от количества возможных уровней перед кодом будет добавлено число: таким образом, 8xPSK соответствует переключению между 8 значениями фазы, что позволяет передавать слова из 3 бит (8 значений) в каждый момент переключения.

Сложные модуляции

Более сложные комбинации используются для оптимизации пропускной способности по сравнению с полосой пропускания. Таким образом, сочетание двух амплитудной и фазовой модуляции одновременно на одной и той же несущей позволяет удвоить скорость передачи данных. Имена сложны и многочисленны, они объединены числом, определяющим количество возможных состояний и букв отдельных используемых модуляций. Например, 8x QPSK имеет 8 состояний (2 3 ) и позволяет передавать 3 одновременных бита путем модуляции двух несущих в квадратуре.

Для получения определенных преимуществ часто используются особые случаи: таким образом, MSK или минимальная манипуляция сдвигом — это цифровая частотная модуляция с точным индексом модуляции и минимальной спектральной шириной.

Если поднесущая модулируется, а затем модулируется несущая, имена становятся еще более сложными: Таким образом, AFSK — это частотная модуляция поднесущей. Модуляция AFSK-PM объединяет фазовую модуляцию несущей с помощью частотно-модулированной поднесущей.

Другой тип комплексной модуляции — OFDMA, используемый в последних поколениях мобильных сетей, который сочетает в себе частотное мультиплексирование (тысячи ортогональных поднесущих ), временное мультиплексирование и независимую модуляцию каждой поднесущей в QPSK или QAM .

Типы модуляции

Существует много способов модуляции музыкального произведения.

Основными способами, которые он может модулировать, являются:

Модуляция общих аккордов (и общего тона)
Цепная модуляция
Модуляция фразы
Хроматическая модуляция

Давайте кратко рассмотрим каждый из них.

Модуляция общих аккордов

Модуляция общего аккорда – это когда пьеса модулируется с помощью общего аккорда, который является общим для оригинальной и новой тональности.

Этот аккорд известен как опорный аккорд.

Этот поворотный аккорд действует как точка, которую исходная тональность модулирует в новую тональность.

Допустим, вы играете до мажор и хотите модулировать до ре мажор – есть два общих аккорда для обеих клавиш: Ми минор (III ступень в до мажоре, II в ре мажоре) и соль мажор (V в до мажоре, IV в ре мажоре).

Поэтому вы можете использовать любой из этих аккордов для перехода от До мажора до ре мажора.

Вот записанная последовательность аккордов, использующая эту идею.

Модуляция обычных аккордов

Центральным аккордом в этой последовательности аккордов является Ми минор в такте 4, потому что с него начинается прогрессия в DMaj.

В “Прелюдии до минор” Шопена используется обычная аккордовая модуляция для модуляции между до минор и ля мажор.

Первый такт такта 2 – это аккорд AbMaj, который находится в обеих тональностях и который начинает прогрессию в Ab Maj, а затем тот же аккорд в такте 4 такта 2 затем модулируется обратно до минор.

Модуляция общего тона – это вариант общей идеи аккорда, но вместо опорного аккорда используется опорная нота.

Например, эта “Фантазия № 4 до минор” Моцарта модулирует от Си мажор до Ре мажор с помощью длительного F “, который является тоном.

Цепная модуляция

Цепная модуляция – это модуляция, которая проходит через кварто-квинтовый круг, чтобы перейти от одной тональности к другой.

Обычно это делается с доминант септ аккордами, потому что они наиболее сильно опираются на следующий аккорд по кругу, и это называется прогрессией по кругу.

Например ⇨ А7 ⇨ Д7 ⇨ G7 ⇨ С7 ⇨ F является прогрессией, и вы начали в Ля мажорной тональности и смодулировали в тональность фа мажор.

Эта последовательность аккордов часто встречается в рэгтайме и джазовой музыке, настолько часто, что ее иногда называют “прогрессией рэгтайма”.

Вот более ранний пример из классической фортепианной пьесы, “Liebestraum” № 3 Листа ля мажор.

Он начинается в Ab Maj, но затем такты 2-5 следуют за прогрессией C7 ⇨ F7 ⇨ Bb7 ⇨ Eb7, прежде чем, наконец, вернуться к Ab.

Модуляция фразы

Фразовая модуляция отличается от предыдущих типов модуляции тем, что в ней нет аккорда или ноты, на которые она модулируется.

Вместо этого он просто резко меняется с одной тональности на другую.

Обычно это лучше всего работает с близкими тональностями, такими как Ля-мин и до-мажор в этой пьесе Моцарта “Фортепианная соната № 11 ля-мажор”.

Фраза ля-минор в третьей части заканчивается на половине каденции в ля-миноре, но затем сразу же переходит в До мажор без аккорда или ноты, которые переходят от одного к следующему.

Хроматическая модуляция

Хроматическая модуляция находится где-то посередине между двумя предыдущими подходами.

Он более заметен и резок в музыкальном плане, чем обычная модуляция тона или аккорда, но он также не просто мгновенно меняет тональность, как модуляция фразы.

Этот вид модуляции использует хроматический проходящий тон – ноту, которая сохраняет свое буквенное название (например, C, D, E и т. Д.), Но добавляет встречные знаки, например, диез или бемоль.

Например, чтобы перейти от До мажора к ре минор (или ре мажор), мы можем взять аккорд До мажор – До, Ми, Соль – и добавить диез к До, чтобы он стал C #.

Если мы затем также добавим ноту A, это станет аккордом A7, который затем может быть преобразован в Ре минор или Ре мажор.

Вот этот пример, записанный на нотах:

Пример хроматической модуляции

Другой способ хроматической модуляции – добавление бемоля вместо диеза.

Если вы находитесь в тональности E min, основным аккордом будут E, G, B. Если на этот раз вы возьмете верхнюю ноту – B – и добавите бемоль, то этим аккордом будут E, G, Bb, которые являются тремя верхними нотами аккорда C7 (C,E, G, Bb).

Затем этот аккорд C7 преобразуется в фа минор или фа мажор, и таким образом вы можете модулировать между очень несвязанными тональностями, такими как Ми-минор и фа-мажор.

Вот пример хроматической модуляции в пьесе Баха под названием “Du grosser Schmerzensmann”.

Он содержит добавленный диез (на Ре), который модулирует пьесу от соль-мажора до ля-минора.

Модуляция находится в строке 5, в левом нижнем углу видео, и происходит в 0:33.

Что такое модуляция

Когда несколько разных наборов данных необходимо передать с использованием одного и того же носителя, каждый набор данных может быть отправлен с использованием волн разных частот. Вот как передаются радиопередачи. Таким образом, «частота» радиостанции относится к частоте, выбранной радиостанцией для передачи своей музыки. Выбранная частота называетсяперевозчик частота, Если послать простую волну несущей частоты, это будет просто монотонный звуковой сигнал! Чтобы передавать некоторые данные, необходимо каким-то образом модифицировать синусоидальную волну с несущей частотой.модуляция относится к этому процессу модификации.

Определение модуляции:

«Модуляция — это процесс требования информации, содержащейся в электронном сигнале более низкой частоты, на сигнал более высокой частоты».

Сигнал с более высокой частотой называется сигнал несущей а сигнал с более низкой частотой называется модулирующий сигнал.

Положительная сторона отправки сигнала с более высокой частотой множественна: во-первых, если все радиопередачи вещают на звуковых частотах, их нельзя будет распознать друг от друга, и будет только смешанный или смешанный сигнал. Во-вторых, обнаружено, что для передачи звука необходима специальная антенна с диапазоном действия от 5 до 5000 миль.

Выражение модулированной несущей волны:

Грех 2πf_ct

Если для наглядности в качестве модулирующего сигнала взять конкретный аудиосигнал, его можно охарактеризовать как

B грех 2πf_at

Модулированный сигнал может быть представлен как,

(A + Bsin2πf_at) (sin 2πf_ct)

В = В_c (1 + B / A sin2πf_aт) (sin2πf_ct)

Что такое амплитудная модуляция

В амплитудной модуляцииамплитуда сигнала несущей модифицируется для того, чтобы отправить данные. Это легче всего понять с помощью диаграммы:

Амплитудная модуляция

Всякий раз, когда амплитуда информационного сигнала увеличивается, амплитуда несущего сигнала увеличивается пропорционально. Приемник сигнала должен быть подключен кдемодулятор, что бы затем отслеживать изменения амплитуды и воссоздавать информационный сигнал.

AM-радио передается с использованием амплитудной модуляции. Радиостанции AM используют более низкие несущие частоты по сравнению с частотами, используемыми радиостанциями FM. В результате они могут путешествовать дальше, чем FM-сигналы. AM-сигналы также способны отскакивать от ионосферы и распространяться на гораздо большие расстояния. Это то, как коротковолновые радиостанции можно услышать за тысячи километров (хотя радиостанции, коротковолновые сигналы (SW) отделены от сигналов AM, они и то и другое используйте амплитудную модуляцию)!

Что такое частотная модуляция

В частотной модуляциичастота несущей волны модифицируется согласно информационному сигналу. Здесьмгновенный частота несущей волны слегка смещается в зависимости от амплитуды сигнала данных. Радиосигналы FM имеют большую полосу пропускания по сравнению с радиосигналами AM, и, следовательно, качество звука, предлагаемое FM, намного лучше. Кроме того, большая полоса пропускания в FM-радио также позволяет передавать «стерео» сигналы. Это то, что AM сигналы не могут сделать. Поскольку амплитуда ЧМ-сигналов не изменяется, также очень легко выделить любой шум, который будет добавлен к сигналу на этом пути (любой шум может изменить амплитуду сигнала).

Диаграмма ниже изображает частотную модуляцию:

Модуляция частоты

4.3. Сигналы балансной и однополосной амплитудной модуляции

Сигналы балансной амплитудной модуляции (БАМ) характеризуются отсутствием в спектре составляющей несущего колебания. Перейдем сразу к рассмотрению сигналов однотональной балансной модуляции, когда в качестве управляющего колебания выступает гармонический сигнал вида (4.4). Исключение из (4.6) составляющей несущего колебания

приводит к результату

. (4.12)

Рассчитаем среднюю мощность сигнала балансной модуляции. Подстановка (4.12) в (4.9) после преобразований дает выражение

Очевидно, что энергетический выигрыш при использовании сигналов балансной модуляции по сравнению с классической амплитудной модуляцией будет равен

При этот выигрыш составляет величину .

На рис. 4.5 представлен один из вариантов структурной схемы формирователя сигналов балансной амплитудной модуляции. Формирователь содержит:

Инв1, Инв2 – инверторы сигналов (устройства, изменяющие полярность напряжений на противоположную);
АМ1, АМ2 – амплитудные модуляторы;
SM – сумматор.

Колебание несущей частоты поступает на входы модуляторов АМ1 и АМ2 непосредственно. Что касается управляющего сигнала , то на второй вход АМ1 он поступает непосредственно, а на второй вход АМ2 – через инвертор Инв1. В результате на выходах модуляторов формируются колебания вида

На входы сумматора поступают соответственно колебания и . Результирующий сигнал на выходе сумматора составит

. (4.13)

В случае однотональной амплитудной модуляции выражение (4.13) принимает вид

. (4.14)

Используя формулу произведения косинусов, после преобразований получим

, (4.15)

что с точностью до постоянного множителя совпадает с (4.12). Очевидно, ширина спектра сигналов БАМ равна ширине спектра сигналов АМ.

Балансная амплитудная модуляция позволяет исключить передачу несущего колебания, что приводит к энергетическому выигрышу. Вместе с тем, обе боковые полосы (боковые составляющие в случае однотональной АМ) несут одну и ту же информацию. Напрашивается вывод о целесообразности формирования и передачи сигналов с подавленной одной из боковых полос. В этом случае мы приходим к однополосной амплитудной модуляции (ОАМ).

Если из спектра сигнала БАМ исключить одну из боковых составляющих (скажем верхнюю боковую составляющую), то в случае гармонического управляющего сигнала получим

. (4.16)

Так как средняя мощность сигнала БАМ делится поровну между боковыми составляющими, то очевидно, что средняя мощность сигнала ОАМ составит

Энергетический выигрыш по сравнению с амплитудной модуляцией составит

а при он будет равен .

Формирование однополосного АМ-сигнала может быть осуществлено на базе формирователей сигналов балансной модуляции. Структурная схема формирователя однополосного АМ-сигнала представлена на рис. 4.6.

В состав формирователя сигнала однополосной амплитудной модуляции входят:

ФВ1, ФВ2 – фазовращатели на угол ;
БАМ1, БАМ2 – формирователи сигналов балансной модуляции;
SM – сумматор.

На входы БАМ1 поступают сигналы:

и .

Тогда на его выходе в соответствии с (4.15) формируется сигнал

. (4.17)

На входы БАМ2 поступают сигналы

и .

С выхода БАМ2 снимается колебание, описываемое в соответствии с (4.14) с заменой косинусов на синусы

С учетом известного тригонометрического соотношения

выходной сигнал БАМ2 преобразуется к виду

. (4.18)

Сложение сигналов (4.17) и (4.18) в сумматоре SM дает

, (4.19)

что с точностью до постоянного множителя совпадает с (4.16). Что касается спектральных характеристик, то ширина спектра сигналов ОАМ вдвое меньше спектра АМ или БАМ сигналов.

Таким образом, при одинаковых и однополосная АМ обеспечивает существенный энергетический выигрыш по сравнению с классической АМ и балансной модуляцией. Вместе с тем, реализация сигналов балансной амплитудной и однополосной амплитудной модуляции сопряжена с некоторыми трудностями, касающимися необходимости восстановления несущего колебания при обработке сигналов на приемной стороне. Эта задача решается устройствами синхронизации передающей и приемной сторон, что в общем плане приводит к усложнению аппаратуры.