27. Цифровые методы модуляции. Амплитудная модуляция.

Модуля́ция — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного модулируемого колебания по закону информационного низкочастотного сообщения (сигнала). В результате спектр управляющего сигнала переносится в область высоких частот, ведь для эффективного вещания в пространство необходимо чтобы все приёмо-передающие устройства работали на разных частотах и «не мешали» друг другу. Это процесс «посадки» информационного колебания на априорно известную несущую. Передаваемая информация заложена 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.

Обобщенная структурная схема системы связи:

d(t) → преобразователь в двоичное->модулятор->канал связи->демодулятор->преобразователь из двоичного->выход

На модулятор действует .

В системе используется многопользовательская модуляция, предполагается переход от двоичного алфавита символов дискретного сообщения к n-ичному.

; ;

m – длина преобразуемых последовательностей 2-х символов

M – объем алфавита.

Каждый символ алфавита модулирует один или несколько параметров гармонического колебания конечной длительности: амплитуду, частоту, фазу, время запаздывания.

т. е. один из М символов преобразуется в течении времени T₃ равное его длительности, то скорость передачи символов R_δ выражена в: (бит/с)

Длительность бита ;

При этом скорость передачи символов R_s будет связанна со скоростью передачи битов R_δ следующим образом:

;

Спектральную эффективность различных видов модуляции принято оценивать удельной скоростью передачи.

;

W – полоса частотности, необходимая для передачи сигнала, с определенным видом модуляции. Таким образом, чем меньше значение W*T_δ, тем выше спектральная эффективность определенного вида модуляции и системы передачи дискретных сообщений в целом.

– принято относить к классу спектрально эффективных модуляций.

Амплиту́дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда

Пусть

• S(t) — информационный сигнал, | S(t) | < 1,

• U_c(t) — несущее колебание.

Тогда амплитудно-модулированный сигнал U_am(t) может быть записан следующим образом:

Здесь m — некоторая константа, называемая коэффициентом модуляции. Формула (1) описывает несущий сигнал U_c(t), модулированный по амплитуде сигналом S(t) с коэффициентом модуляцииm. Предполагается также, что выполнены условия:

Выполнение условий (2) необходимо для того, чтобы выражение в квадратных скобках в (1) всегда было положительным. Если оно может принимать отрицательные значения в какой-то момент времени, то происходит так называемая перемодуляция(избыточная модуляция). Простые демодуляторы демодулируют такой сигнал с сильными искажениями.

Спектр АМ-колебания

Допустим, что мы хотим промодулировать несущее колебание моногармоническим сигналом. Выражение для несущего колебания с частотой ω_c, начальную фазу положим равной нулю, имеет вид

Выражение для синусоидального сигнала с частотой ω_s (сигнал подлежащий передаче) имеет вид

где   — начальная фаза. Тогда, в соответствии с (1)

Приведённая выше формула для y(t) может быть записана в следующем виде:

Радиосигнал состоит из несущего колебания и двух синусоидальных колебаний, называемых боковыми полосами, каждое из которых имеет частоту немного отличную от ω_c. Для синусоидального сигнала, использованного здесь, частоты равны ω_c + ω_s и ω_c − ω_s. Пока несущие частоты соседних радиостанций достаточно разнесены, и боковые полосы не перекрываются между собой, станции не будут влиять друг на друга.

Структурная схема демодулятора АМ сигналов. Содержит когерентый детектор. Согласованный фильтр, синхронизатор, многопороговое решающее устройство. В МРУ происходит сравнение текущего отсчета сигнала согласованного фильтра, с возможными значениями соответствующими переданным символам, и выносится решение в пользу ближайшего.

В демодуляторе 2 вспомогательных элемента: блоки восстановления несущей и тактовой частоты.