2. Модуляция и управление информационными параметрами сигналов

	2.1. Классификация сигналов и методов модуляции
	2.2. Методы амплитудной, фазовой и частотной модуляции
	2.3 Принципы амплитудной и частотной манипуляции
	2.4 Принципы импульсной и цифровой модуляции

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

2.1. Классификация сигналов и методов модуляции

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 в изменениях 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.

Информационный сигнал (сообщение) обозначим (x), сигнал-переносчик, параметр которого изменяется в соответствии с сообщением, обозначим s(x). При модуляции выполняется преобразование этих двух сигналов в один модулированный сигнал (x) в соответствии с уравнением

, (1)

где – оператор, определяемый видом модуляции. Для выделения сообщения(x) на приёмной стороне необходимо выполнить обратное преобразование (демодуляцию), т.е.

(2)

В зависимости от вида, функциональной формы и числа параметров сигнала-переносчика s(x) и информационного сигнала  (x) варьируются свойства различных методов модуляции, а именно, вид и ширина спектра сигнала (x), устойчивость к воздействию помех и т.д.

Если информационный параметр сигнала-переносчика изменяется непрерывно, то методы модуляции являются непрерывными (распространены, например, методы амплитудной, фазовой и частотной непрерывной модуляции гармонического сигнала-переносчика).

В качестве сигнала-переносчика часто используют периодическую последовательность импульсов, тогда модуляцию называют импульсной (например, при изменении амплитуды или частоты импульсов по закону (x) имеет место амплитудно-импульсная или частотно-импульсная модуляция соответственно).

Информационный параметр может принимать счётное число значений, при этом модуляцию называют дискретной. К дискретным видам модуляции относятся, например, амплитудная, частотная и фазовая манипуляции. Если значения параметра закодированы и передаются в цифровой форме, то соответствующие виды модуляции носят название цифровой модуляции. Наиболее распространенным видом цифровой модуляции является импульсно-кодовая модуляция, когда значения сигнала в дискретных точках кодируют в цифровой форме.

При создании систем передачи сигналов основными задачами являются разработка методов и математических моделей, определяющих оптимальные режимы модуляции-демодуляции с точки зрения повышения скорости, достоверности и помехозащищённости передачи информации.

При классификации видов модуляции принимают в расчёт вид, характер информационного сигнала и сигнала-переносчика: детерминированный процесс, случайный стационарный процесс, нестационарный процесс и т.д. Детерминированные сигналы определяются их амплитудными и фазовыми спектрами на основе свойств рядов Фурье и преобразования Фурье (разд. 1.5.). В теории информации и передачи сигналов особое место занимают стохастические сигналы, являющиеся реализациями случайных процессов с заданными характеристиками – корреляционными функциями и спектральными плотностями.

Если вид информационного сигнала, сигнала-переносчика и характеристики линии связи заданы, то основной задачей является оптимальный приём сигналов. Задача оптимального приёма, как правило, сводится к задаче различения сигналов по заданному критерию в условиях помех (задача обнаружения рассматривается как различение смеси сигнала и помехи от помехи, когда сигнал отсутствует).

Задачи приёма сообщений подразделяют на два класса – когерентный и некогерентный приём, соответственно при наличии и отсутствии синхронизации в канале передачи информации. Методы когерентного (синхронного) приема, как правило, более просты и надёжны. Методы некогерентного (асинхронного) приёма обеспечивают более высокое быстродействие, однако более сложны в реализации.

Теория оптимального приёма сигналов является одним из важнейших разделов статистической радиотехники и теории связи.