Раздел 4 Модуляция сигналов
4.1 Виды модуляции сигналов
Для передачи сигналов на большие расстояния используют электромагнитную волну, называемую переносчиком информации. При этом для передачи информации осуществляют модуляцию параметров электромагнитной волны. Сущность модуляции заключается в следующем: формируется некоторое колебание, называемое несущим колебанием или просто несущей и какой – либо из параметров этого колебания изменятся во времени пропорционально исходному сигналу. Исходный передаваемый сигнал называют модулирующим, а результирующее колебание с изменяющимися во времени параметрами – модулированным сигналом. Обратный процесс – выделение модулирующего сигнала из модулированного называется демодуляцией.
Запишем еще раз гармонический сигнал:
.
Он имеет три параметра: амплитуды Sm – максимальное значение сигнала, частоту ω и начальную фазу φ0. Каждый из них можно связать с модулирующим сигналом, в результате чего получается три основных вида модуляции: амплитудная (АМ), частотная (ЧМ, или в английской транскрипции FM) и фазовая (ФМ). Таким образом в процессе модуляции один из параметров переносчика получает изменение, зависящее от передаваемого сообщения. В результате этого сигнал переносится на значительные расстояния. Изменяемый параметр несущего колебания называется информативным и обычно он изменяется линейно. Выбор того или иного параметра определяет название вида модуляции и его основные особенности.
Фаза
колебания
– это состояние гармонического процесса.
Она связана с частотой выражением
,
где ω – угловая частота, т.е. угловая
частота
- это скорость изменения фазы гармонического
процесса. Из этого следует, что частотная
и фазовая модуляции тесно связаны между
собой. Поскольку обе влияют на аргумент
функции sin
в (4.1), поэтому
эти два вида модуляции имеют общее
название - угловая
модуляция.
Угловая модуляция может быть реализована
двумя путями: с помощью фазовой модуляции,
когда фаза изменяется в соответствии
с изменением амплитуды модулирующего
сигнала и частотной модуляции, когда
частота несущей изменяется пропорционально
амплитуде модулирующего сигнала.
При использовании в качестве переносчика постоянного тока (телеграфия), имеем два изменяющихся параметра – силу тока и направление тока, т.е. возможны два вида модуляции.
При использовании в качестве переносчика информации периодической последовательности импульсов имеем четыре параметра: амплитуду импульсов, частоту, фазу импульсов и длительность импульсов. Различают четыре вида модуляции импульсной последовательности:
- амплитудно - импульсную модуляцию (АИМ);
- модуляцию импульсов по длительности или широтно-импульсную модуляцию (ШИМ);
- частотно - импульсную модуляцию (ЧИМ);
- фазово - импульсную модуляцию (ФИМ).
В современных системах передачи цифровой информации получила распространение квадратурная модуляция, при которой одновременно изменяются амплитуда и фаза сигнала, а также широтно-импульсная модуляция, модулируемым параметром при которой является длительность прямоугольных импульсов.