!4. Модуляция

Сигналами называются физические процессы, параметры которых содержат информацию. Назначение сигналов: в каком-либо физическом процессе отобразить события, величины и функции.

Для образования сигналов используются фиксированный уровень (а), колебания (б) или импульсы (в) любой физической природы, которые рассматриваются как носители информации. В исходном состоянии эти носители представляют собой как бы чистую поверхность, подготовленную к нанесению необходимых данных, т.е. модуляции.

Модуля́ция (лат. modulatio — размеренность, ритмичность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).Модуляция заключается в том, что изменяется какой-либо один или несколько (сложная модуляция) параметров носителя в соответствии с передаваемой информацией. Эти параметры будем называть информационными.

Если обозначить параметры носителя через а1,а2,…,аn, то носитель как функция времени может быть представлен в виде Un=q(a1,…,an,t)

Модулированный носитель (сигнал) можно описать в виде , где - переменная составляющая параметра носителя, несущая информацию, или модулирующая функция.

Для носителя первого типа (1): ПМ - прямая модуляция - изменение постоянного напряжения или тока избегают называть модуляцией.

Для носителя второго типа (2 ): AM - амплитудная модуляция, чм - частотная модуляция, ФМ - фазовая модуляция. Частотную и фазовую модуляцию иногда называют угловой модуляцией.

Для носитель третьего типа (3):

АИМ - амплитудно-импульсная модуляция, ЧИМ - частотно-импульсная модуляция, ВИМ - времяимпульсная модуляция, ШИМ - широтно-импульсная модуляция, ФИМ - фазоимпульсная модуляция, СИМ - счетно-импульсная модуляция, КИМ - кодоимпульсная модуляция.

ШИМ и ФИМ являются частными случаями ВИМ. Счетно-импульсная модуляция (СИМ) является частным случаем КИМ: информация передается числом импульсов.

Амплитудно-импульсная модуляция имеет две разновидности: AИM-I, при которой верхние участки импульсов (амплитуды) повторяют форму модулирующей функции (огибающей); АИМ-2, при которой амплитуда в пределах элементарного импульса остается неизменной, определяемой значением модулирующей функции в начале импульса.

Все импульсные сигналы могут иметь высокочастотное заполнение - сигнал несущей частоты. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, применяют двойные обозначения видов модуляции, например АИМ-ЧМ, КИМ-ЧМ и т.д., где второй вид модуляции относится к сигналам несущей частоты [1, 2, 3].

Для того чтобы сигнал содержал информацию, он должен принципиально быть случайным. При описании сигнала некоторым количеством параметров часть из них может быть детерминированной, т.е. известной заранее, а честь случайной, т.е. несущей информацию. Часто представляет интерес изучение детерминированных характеристик сигнала, и тогда можно условно говорить о детерминированном сигнале. При длительном существовании сигнала определенной формы последний также может рассматриваться на определенном интервале как детерминированный.

Случайный сигнал представляет собой модулированный носитель, у которого параметры являются случайными функциями времени. Случайный сигнал, у которого лишь небольшое число переменных параметров аi носит случайный характер, иногда называют квазидетерминированным. когда речь идет о случайных сигналах, рассматриваются лишь сигналы, пропорциональные информационной случайной функции x(t).