Лекция 2

2.3. Модулирование гармонических колебаний. Виды модуляции

Для переноса спектра частот первичного сигнала в требуемую частотную область, например в область пропускания канала свя­зи, используют модуляцию.

Процесс модуляции заключается в изменении какого-либо од­ного или нескольких параметров переносчика информации (ампли­туды, частоты, фазы, синусоидального колебания или импульсов) в соответствии с передаваемым сообщением.

Модулирующий (информационный) сигнал воздействует на тот или иной параметр переносчика информации, изменяя его таким образом, чтобы он полностью отражал информационную сущность модулирующего сигнала.

Следовательно, при модуляции воздействие модулирующего (информационного) сигнала взаимодействует с переносчиком, который подается в преобразователь (модулятор) от специ­ального генератора. Как правило, переносчик представляет собой детерминированное периодическое колебание, характеризуемое параметрами, и может быть представлено функцией времени, где— параметры переносчика.

Гармонические и импульсные сигналы, соответственно, описы­ваются выражениями:

где — амплитуда, угловая частота и начальная фаза гармонического колебания;

где — амплитуда (высота), начальная фаза (сдвиг отно­сительно выбранного начала отсчета) и период следования им­пульсов.

В качестве носителей могут использоваться и шумовые сигна­лы, представляющие собой случайный процесс. Параметрами пе­реносчика в этом случае служат их числовые характеристики.

В результате модуляции на выходе преобразователя (модуля­тора) получают модулированный сигнал , представляющий собой откликпреобразователя на воздействие:

где —-й модулированный параметр (здесь— оператор преобразования-го параметра).

Каждый модулированный параметр изменяется в соответствии с воздействием модулирующего (информационного) сигнала . Оператор преобразования модулированного параметра

где — девиация-го параметра. Данное выражение справед­ливо для большинства гармонических и импульсных видов моду­ляции по одному параметру.

Следовательно, осуществляющий модуляцию преобразователь (модулятор) должен представлять собой четырехполюсник с пере­менными параметрами. Как правило, модуляция сопровождается преобразованием частотного спектра и динамического диапазона.

Носитель информации называют также несущим колебанием или несущей частотой, в соответствии, с чем различают гармони­ческую и импульсную модуляции.

При гармонической модуляции несущими (модулируемыми) яв­ляются гармонические колебания. В зависимости от модулируемого параметра различают амплитудную (AM), частотную (ЧМ) и фа­зовую (ФМ) модуляции.

При импульсной модуляции в качестве несущих используют последовательность импульсов. В этом случае в зависимости от модулируемого параметра, различают амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), длительно-импульсную (широтно-импульсную) модуляцию (ДИМ/ШИМ)), временно-импульсную модуляцию (ВИМ), разновидностями которой являются фазо (ФИМ) и час­тотно-импульсная (ЧИМ) модуляции.

К сложным видам импульсной модуляции относятся дельта-модуляция (ДМ) и импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Част­ным случаем модуляции является манипуляция сигналов, при котором в качестве модулирующего (информационного) сигнала используется последовательность одно- или двухполярных прямо­угольных импульсов. Используют ее в системах передачи дискрет­ной информации.

Иногда необходимо осуществить изменение нескольких пара­метров несущего колебания, т. е. смешанную модуляцию. Напри­мер, можно выполнить амплитудно-частотную и амплитудно-фа­зовую модуляции гармонического колебаний несущей. При этом в случае многоканальной передачи на различные параметры не­сущей могут воздействовать разные модулирующие (информационные) сигналы.

При необходимости можно осуществить поэтапную (многосту­пенчатую) модуляцию: ЧМ — AM, AM — ЧМ, AM — AM, АИМ — AM, ДИМ — ФМ и т. д. Так, при AM — ЧМ первоначально исход­ный информационный сигнал модулирует поднесущее колебание по амплитуде, а затем АМ-колебание модулирует основной носи­тель по частоте. Многоступенчатая модуляция используется для более качественного согласования источника информации с пара­метрами канала, позволяющего получить более высокую помехоустойчивость передачи информации.