Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пензенский государственный технологический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методические указания к лабораторной работе №2

.pdf

Скачиваний:

112

Добавлен:

10.04.2015

Размер:

1.72 Mб

Скачать

☆

1 / 31 2 3 > Следующая >>>

Лабораторная работа №4

Модуляция

Цель работы

Целью работы являеться изучение принципов модуляции; создание моделей в пакете RAD-проектирования имитационных моделей Simulink системы

MATLAB.

Задание на лабораторную работу

1)Изучить принципы модуляции;

2)Построить модели каналов модуляции по уравнению преобразования и структурной схеме;

3)Провести исследование модели от изменяющихся параметров модуляции и поведение сигналов во временной и частотной области.

Порядок выполнения работы

Лабораторную работу рекомендуется проводить в следующем порядке:

1)Ознакомиться с математической постановкой и термином модуляция;

2)Создать имитационные модели каналов модулирования;

3)Иследовать поведение сигналов во временной и частотной области от изменяющихся параметров;

4)Сформировать краткий отчет о проделанной работе.

Краткие теоретические сведения

1)Модуляция — процесс изменения одного или нескольких параметров

высокочастотного модулируемого колебания под воздействием относительно низкочастотного управляющего модулирующего сигнала.

Передаваемая информация или информативная составляющая заложена(закладываеться) в управляющем сигнале.

Роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т.д.), однако чаще всего применяются гармонические колебания.

В зависимости от того, какой из параметров несущего колебания изменяется, различают вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая и др.).

Модуляция дискретным сигналом называется цифровой модуляцией или манипуляцией [1].

2)Сообщения передаются при помощи сигналов. В простейшем случае сообщение может заключаться в наличии (отсутствии) принятого сигнала. При этом требуется решать задачу обнаружения сигнала. Во многих случаях вид передаваемых сигналов заранее известен и приём сообщения состоит в том, чтобы определить, какой из возможных сигналов был передан. Тогда задача состоит в различении сигналов. Если сигналы отличаются значениями их параметров, которые считаются постоянными в течениии некоторого интервала, то необходимо получать оценки параметров сигнала. Сообщение может содержаться

визменениях параметров, т.е. в их мгновенных (локальных) значениях. Тогда для получения сообщения нужно выполнить фильтрацию параметров сигнала. Задача фильтрации, как правило, является более сложной, чем оценивание параметров.

Управление информационным параметром сигнала в соответствии с передаваемым сообщением называют модуляцией.

Модуляция сигналов позволяет выполнить преобразование сигналов с целью повышения эффективности и помехоустойчивости процесса передачи информации. В большинстве случаев методы модуляции основываются на

s(t)

управлении параметрами сигналов в соответствии с информационным сообщением. При модуляции сигналов изменяется их форма и спектральные характеристики. Особенности формирования спектров сигналов имеют важное значение для систем связи и телекоммуникаций [2].

3) Сигналы от измерительных датчиков и любых других источников информации передаются по линиям связи к приемникам - измерительным приборам, в измерительно-вычислительные системы регистрации и обработки данных, в любые другие центры накопления и хранения данных.

Как правило, информационные (информативные) сигналы являются низкочастотными и ограниченными по ширине спектра, в отличие от широкополосных высокочастотных каналов связи, рассчитанных на передачу сигналов от множества источников одновременно с частотным разделением каналов. Перенос спектра сигналов из низкочастотной области в выделенную для их передачи область высоких частот выполняется операцией модуляции.

Допустим, что низкочастотный сигнал, подлежащий передаче по какомулибо каналу связи, задается функцией . В канале связи для передачи данного

сигнала выделяется определенный диапазон высоких частот. На входе канала связи в специальном передающем устройстве формируется вспомогательный, как

правило, непрерывный во	времени	периодический	высокочастотный		сигнал
u(t) = f (t, a1, a2,..., am) . Совокупность		параметров	ai	определяет	форму
вспомогательного сигнала.	Значения	параметров ai	в	отсутствие модуляции

являются величинами постоянными. Если на один из этих параметров перенести сигнал s(t) , т.е. сделать его значение пропорционально зависимым от значения s(t) во времени (или по любой другой независимой переменной), то форма сигнала u(t) приобретает новое свойство. Она несет информацию, тождественную информации в сигнале s(t) .

Именно поэтому сигнал u(t) называют несущим сигналом, несущим колебанием или просто несущей (carrier), а физический процесс переноса информации на параметры несущего сигнала – его модуляцией (modulation).

Исходный информационный (информативный) сигнал s(t) называют

модулирующим (modulating signal), результат модуляции – модулированным сигналом (modulated signal). Обратную операцию выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания называют демодуляцией (demodulation).

Основным видом несущих сигналов являются гармонические колебания:

u(t) =U cos(ωt +ϕ) ,

которые имеют три свободных параметра: U, ω и ϕ .

Взависимости от того, на какой из данных параметров переносится информация, различают амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) или фазовую (ФМ) модуляцию несущего сигнала. Частотная и фазовая модуляция тесно взаимосвязаны, поскольку изменяют аргумент функции косинуса, и их обычно объединяют под общим названием - угловая модуляция (angle modulation).

Вканалах передачи цифровой информации получила также распространение квадратурная модуляция, при которой одновременно изменяются амплитуда и фаза несущих колебаний.

При использовании в качестве несущих сигналов периодических последовательностей импульсов (например, прямоугольных) свободными параметрами модуляции могут быть амплитуда, длительность, частота следования

ифаза (положение импульса относительно тактовой точки) импульсов.

Это дает четыре основных вида импульсной модуляции: АИМ, ДИМ, ЧИМ

иФИМ.

Вкачестве несущих сигналов можно использовать не только периодические колебания, но и стационарные случайные процессы. В качестве модулируемых параметров случайных сигналов используются моменты случайных процессов. Так, например, модуляция второго момента случайных последовательностей (модуляция по мощности) представляет собой аналогию амплитудной модуляции.

1. Амплитудная модуляция (АМ, Amplitude Modulation(AM))

Амплитудная модуляция (amplitude modulation, АМ) исторически была первым видом модуляции, освоенным на практике.

В настоящее время АМ применяется в основном только для радиовещания на сравнительно низких частотах (не выше коротких волн) и для передачи изображения в телевизионном вещании. Это обусловлено низким КПД использования энергии модулированных сигналов.

АМ соответствует переносу информации s(t) U (t) при постоянных

значениях параметров несущей частоты ω и ϕ .
АМ	-	сигнал	представляет	собой	произведение
информационной(информативной) огибающей U (t)				и гармонического колебания

ее заполнения с более высокими частотами. Форма записи амплитудномодулированного сигнала:

u(t) =U (t) cos(ω0t +ϕ0 )		(1)
U (t) =Um [1+ M s(t)]		(2)
где Um - постоянная	амплитуда несущего колебания при отсутствии
входного (модулирующего)	сигнала s(t) , M	- коэффициент амплитудной

модуляции.

Значение M характеризует глубину амплитудной модуляции.

В простейшем случае, если модулирующий сигнал представлен одночастотным гармоническим колебанием с амплитудой S0 , то коэффициент модуляции равен отношению амплитуд модулирующего и несущего колебания M = S0 /Um . Значение M должно находиться в пределах от 0 до 1 для всех гармо-

ник модулирующего сигнала. При значении M <1 форма огибающей несущего колебания полностью повторяет форму модулирующего сигнала. Малую глубину модуляции для основных гармоник модулирующего сигнала ( M <<1) применять нецелесообразно, т.к. при этом мощность передаваемого информационного(информативного) сигнала будет много меньше мощности несущего колебания, и мощность передатчика используется неэкономично.