13. Модулация и нейните видове. Демодулация, физическото изпълнение на тези операции
Процесът на прилагане на информация към носителя се състои или се свежда до промяна на характеристиките на използвания процес в съответствие с основното съобщение.
Параметрите, които се използват за прилагане на информация, се наричат информационни.
Процесът на управление на информационните параметри на носителя се наричамодулация.
Обратната операция, която се състои във възстановяване на оригиналното съобщение, се наричадемодулация.
Физическото изпълнение на тези операции се извършва с помощта на функционални преобразуватели на сигнали, наречени модулатори и демодулатори. Обикновено тези устройства в рамките на използваната информационна система образуват взаимосвързана двойка, т.е. модел, който работи заедно с генератор на носещ сигнал.
В зависимост от типа и броя на използваните информационни параметри, процеса на носителя, могат да се използват различни видове модулация:
Ако под действието на първичния сигнал информ. параметри на носителя се променят непрекъснато, тогава такава модулация се нарича. непрекъснато (NM). При НМ като носител най-често се използват процеси под формата на хармонични трептения. В този случай превозвачът (носителят) има три инф. параметри, което позволява AM, FM и PM, както и техните комбинации (т.е. множество модулации).
Амплитудна модулация (АМ) и нейните характеристики.
АМ се осъществява чрез промяна на амплитудата на носещия пропорционално на моментните стойности на първичния сигнал. Нека имаме напрежение на променлив ток като непрекъснат носител, променящ се по закона UH(t)=U0cos(0t+φ). За информация за чертежи е необходимо да се модулира един от информационните параметри на този носител, за AM е необходимо да се извърши амплитудна модулация припостоянството на честотата 0 и фазата 0 на този сигнал.
където m=ΔU/U0 - фактор на модулация (дълбочина на модулация)
1) и 2) случаи съответстват на началната амплитуда. 3) не съответства на първоначалната амплитуда (не е желателно)
AM зависи от дълбочината на модулация m.
Честотна и фазова модулация
Ъглова модулация (честотна или фазова).
Честотна модулация (температурата се повишава, честотата се повишава, температурата пада, честотата пада)
В случай на ъглова модулация се променя само аргументът, т.е. амплитудата е постоянна.
По подобен начин възниква FM (но е необходимо прецизно мащабиране).
Всяко модулирано трептене вече не е чисто хармонично и има сложен спектрален състав (т.е. това е AMC - амплитудата на модулираните трептения).
Трептенията с честоти (0) се наричат сателити или странични честоти. Когато амплитудата се промени под въздействието на модулиращия сигнал, мощността на трептене също ще се промени по време на периода.
В зависимост от това дали се предава целият спектър на AMC или само част от него, се различават 2 вида амплитудна модулация: AM с 2 странични ленти и балансирана AM.
Пълната информация се съдържа в страничните ленти на AM системата. Поради това става възможно предаването на съобщения само на честотите на една от страничните ленти (SSB). Предаването към OBP има следа. предимства: честотната лента, необходима за предаване на информация, е намалена наполовина, което ви позволява да увеличите броя на съобщенията, предавани по използвания комуникационен канал.
Балансирана модулация (DBP и SBP)
АМ вариантът, при който в спектъра на АМ сигнала липсва носеща честота (0), се нарича BM.Спектърът на BM трептенията съдържа само странични компоненти. Тъй катопри предаване на конвенционални AM трептения, големината на мощността на носител 0 значително надвишава мощността на страничните компоненти, които носят полезна информация, тогава по отношение на енергията, предаването на пълния спектър от AM трептения е ирационално, следователно използването на метода BM ви позволява да се отървете от предаването на носителя и да концентрирате мощността на предавателя в информационните странични компоненти. Разновидности на АМ:
1.AM с две странични ленти (режим DBP),в който AM сигналът съдържа носеща и две странични ленти.
2.Режим с единична странична лента (SSB).съдържа полезна информация
точно в страничните ленти, тогава предаването на съобщения е възможно както в
DBP и OBP режими.
Под П.М. положителните полупериоди на носещата честота ωо се модулират по амплитуда от един първичен сигнал, а отрицателните полупериоди от друг.
Честотният спектър по време на PM е подобен на спектъра на обикновените амплитудни трептения.
Двойна непрекъсната модулация
За да се подобри устойчивостта на шум, AM сигналът може да бъде допълнително модулиран по честота. В случая има двойна AM-FM, с кат. първи модулиран по амплитуда на честотата на първата носеща, т.нар. подносител. Полученият АМ сигнал се използва за честотна модулация на втората носеща, т.нар. носител. В някои случаи се оказва подходящо да се използва двойна модулация в обратен ред: FM-AM. FM осигурява устойчивост на шум, а AM намалява честотната лента. Понякога се използва вариант на двойна FM-FM модулация.
Методи на импулсна модулация, техните видове
Информационните носители от 3-ти тип включват импулсни последователности, които имат най-широк диапазон от информационни параметри. В качество-ве инф. параметри в този случай могат да бъдатизползвани следващи. спецификации:
1. Амплитуда на импулса
2. Продължителност импулси - I
3. Ширина на импулса
4. Честота
5. Период на повторение
6. Фаза (времева връзка на последователни импулси в сравнение с някои тактови импулси)
Модулиране на параметрите на импулсни сигнали. импулсна модулация (IM). В зависимост от вида на използвания информационен параметър се разграничават следните видове импулсна модулация: AIM, PWM, PIM, PFM, CIM
Спектърът на AIM сигналите ще се различава от спектъра на реф. импулсите в тези странични компоненти се добавят към спектралните компоненти на носителя и честотната лента ще се определя от големината на импулсите: FAIM 1/I
Недостатъкът на AIM е явл. лоша устойчивост на шум и влияние върху амплитудата на сигналите с флуктуация на комуникационния канал. Поради тази причина AIM се използват главно в телеметрията като междинен тип модулация.
ШИМ - ширина - имп. модулация.
В този случай информационният параметър е продължителността („ширина“), т.е. с PWM, продължителността на импулса се модулира в съответствие с моментните стойности на първичния сигнал. Честотата и амплитудата на импулсите не се променят.
Имунитетът на шума на PWM е значително по-висок от този на AIM, поради което този тип модулация се използва широко както в телеметрията, така и в системите за автоматично управление. Ширината на спектъра на PWM сигналите ще се определя от: FPWM 1/min . Разлика: ШИМ спектър, около всеки хармоник има не 2, а няколко двойки странични честоти. С PWM те могат да използват. опции, когато има изместване на предния или задния фронт на импулсите, или и на двата едновременно.
При FIM под въздействието на първичния сигнал позицията се променяимпулси на модулираната последователност спрямо позициите на часовника, докато честотата, продължителността и амплитудата остават постоянни.
PWM и PWM са комбинирани в един класPulse Time Modulation(PWM). Ширината на честотната лента за PIM сигналите се определя от продължителността на използваните импулси
При PFM честотата на повторение на импулса се променя под въздействието на първичното съобщение, докато продължителността и амплитудата на импулсите не се променят. FFM 1/u
В случая на CMM непрекъснатото съобщение се квантува предварително по ниво и време и получените дискретни стойности на квантования първичен сигнал се предават под формата на кодови комбинации от двоичен код, които са групи от импулси с постоянна амплитуда, продължителност и паузи между тях, т.е. на всяка фиксирана стойност на първичния сигнал се присвоява определена комбинация от импулси.
В случай на CMM трябва да се има предвид, че колкото по-малка е стъпката на квантуване, толкова по-точно ще бъде предадено оригиналното съобщение. CMM се характеризира с най-голяма устойчивост на шум в сравнение с други видове импулсна модулация; затова най-широко приложение намира в телеметрията.
Разнообразие от КИМ явл.-модулация, при която не се предават текущите стойности на първичния сигнал, а само знакът на нарастването му спрямо предишните стойности.
За разлика от CMM, където всяка проба се предава с помощта на многобитов код, -модулацията използва предаването само на 2 дискретни сигнала, което значително опростява предаването, ускорява го и намалява тази честотна лента.
Основният недостатък на -модулацията е възможността за натрупване на грешки.
RDM се различава от -та по това, че сигналите не се предават периодично, а само в онези моменти от време, когато вВ квантуваното съобщение има преход от едно ниво към друго, като при преминаване към по-високо ниво се предава сигнал за скок нагоре, а при преминаване към по-ниско ниво - сигнал за скок надолу.
Този тип модулация се основава на --преобразуването на сигнала, което се състои в следното: първичният непрекъснат сигнал x(t) първоначално се квантува по ниво и време. След това квантуваното съобщение се предава последователно по комуникационния канал на определени интервали t, като се използва следният метод:
По време на 1-вия цикъл се предава положителен импулс с амплитуда, съответстваща на първоначалната стойност на нивото на квантования сигнал. В следващия цикъл следващият квантован сигнал се сравнява с предишния. Ако тези стойности не се различават, тогава вместо повторно предаване на импулса на предишното ниво, се изпраща специален допълнителен импулс. Това продължава, докато в следващия цикъл настъпи промяна в нивото на предаваното съобщение, след което в този цикъл ще бъде предаден импулс с амплитуда, съответстваща на новата стойност на нивото на предаваното съобщение и т.н.