Непрерывные методы модуляции

В непрерывных методах модуляции в качестве несущего используют непрерывное гармоническое колебание, вырабатываемое высокочастотным генератором. В зависимости от того, какой именно параметр несущего колебания изменяется в соответствии с изменением низкочастотного сигнала, различают модуляции амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Рассмотрим амплитудную модуляцию (рис. 14.7). Пусть имеются модулирующий входной сигнал х(t) = ХсоsΩ t (см. рис. 14.7, а) и несущее гармоническое колебание и(t) = U₀соsω ₀t (см. рис. 14.7, а), причем несущая частота со₀ значительно больше частоты входного сигнала С1, а начальные фазы х(t) и и(t) примем равными нулю. В результате модуляции амплитуда несущего колебания становится связанной с модулирующим сигналом следующим образом:

и(t) = U₀ + кХсоsΩ t = U₀(1 + mсоsΩ t),

 

 

 

 

 

где U₀ — амплитуда несущего сигнала; X — амплитуда входного сигнала; — коэффициент модуляции.

Тогда выражение для модулированного сигнала будет иметь вид

 

 

Раскрыв скобки, по теореме произведения косинусов получим

 

 

т.е. модулированный сигнал состоит из трех составляющих с частотами

и соответственно с амплитудами U₀ и . Следовательно, полоса пропускания линии связи должна быть для такого сигнала не менее 2Ω.

Если входной сигнал х(t) является периодическим с частотой Ω, но имеет сложную форму, то его согласно преобразованию Фурье можно представить в виде суммы составляющих гармоник с частотами Ω, 2Ω, ЗΩ и т.д. Соответственно в спектре модулированного сигнала появятся составляющие с частотами ω ₀ ± 2Ω, ω ₀ ± 3Ω и т.д. При импульсных и непериодических входных сигналах этот ряд оказывается бесконечным, но мощность высших гармонических составляющих очень мала, и практически спектр модулированного сигнала можно считать ограниченным.

Таким образом, независимо от формы сигнала х(t) в результате модуляции происходит перенос его спектра из низкочастотной области в высокочастотную: с частоты Ω на частоту ω ₀ ± Ω. Частота высокочастотного колебания ω ₀ выбирается в зависимости от вида и полосы пропускания линии связи. Само по себе модулированное колебание информации не несет, поэтому при приеме производят его обратное преобразование, выделяя исходный низкочастотный сигнал. Такое преобразование называется демодуляцией, а соответствующее устройство демодулятором.

Для демодуляции АМ-колебаний сигнал и(t) пропускают через амплитудный детектор, в качестве которого используют одно- или двухполупериодный выпрямитель. В результате получают демодули-рованный сигнал и_Д(t), форма которого (для двухполупериодного выпрямителя) показана на рис. 14, 7, в. В этом сигнале присутствует исходная составляющая с частотой Ω, для выделения которой используют фильтр низких частот (ФНЧ) с соответствующей АЧХ.

Существенным недостатком метода амплитудной модуляции является его низкая помехоустойчивость. Это происходит потому, что сигнал помехи и_П(t) с частотой Ω _п, всегда присутствующий в линии связи, складываясь с полезным сигналом u(t), изменяет прежде всего его амплитуду. А так как амплитуда АМ-колебания является информативным параметром, то после демодуляции выделенный сигнал х'(t) (см. рис. 14.7, г) заметно отличается от переданного сигнала х(t).

При частотной модуляции частота несущего колебания изменяется в соответствии с информационным сигналом х(t) (рис. 14.8):

где Δ ω — девиация частоты.

При фазовой модуляции изменяется фаза несущего колебания в соответствии с информационным сигналом:

где Δ φ — девиация фазы.

 

При частотном и фазовом методах модуляции требуется более широкая полоса пропускания линии связи, чем при амплитудном, но зато они значительно более помехоустойчивы.

Для того чтобы обеспечить двустороннюю передачу сигналов, на каждом конце линии связи должны быть и модулятор, и демодулятор. В совокупности такое устройство называют модем. В системах передачи данных модем является основной частью устройства преобразования сигналов (УПС).

Импульсные методы модуляции

В импульсных методах модуляции несущим колебанием является периодическая последовательность прямоугольных импульсов. Модулятор в соответствии с изменением низкочастотного сигнала изменяет какой-либо параметр этой последовательности (см. рис. 14.8) импульсов: амплитуду (амплитудно-импульсная модуляция — АИМ), частоту (частотно-импульсная модуляция — ЧИМ), длительность (широтно-импульсная модуляция — ШИМ), момент появления (фазоимпульсная модуляция — ФИМ) и др.

Принципиальное отличие импульсных методов модуляции от непрерывных заключается в том, что с их помощью можно передавать значения сигнала лишь в отдельные моменты времени — моменты передачи очередных импульсов. Следовательно, непрерывные сигналы (например, телеметрические) при импульсной модуляции необходимо подвергать квантованию по времени. Структурная схема системы с импульсной модуляцией аналогична схеме, показанной на рис. 14.7, г. Для демодуляции сигнала необходимо измерять тот параметр импульсов, который несет информацию (амплитуду, длительность, частоту и т.д.).

Цифровые методы модуляции

Рассмотренные ранее методы модуляции позволяют в принципе абсолютно точно передать значение сигнала (непрерывные — в любой момент времени, импульсные — в отдельные моменты времени). Однако точность передачи при практическом использовании этих методов ограничена воздействием помех и неидеальностью характеристик модулятора, линии связи, демодулятора и других устройств, участвующих в передаче сигнала.

Несравнимо более высокую точность передачи сигнала обеспечивают дискретные, или цифровые, методы модуляции, так как в этом случае сигнал подвергается квантованию как по времени, так и по уровню.

При этом, увеличивая число уровней квантования (и соответственно разрядность кода), можно сделать ошибку квантования по уровню сколь угодно малой. Естественно, что за это приходится расплачиваться увеличением времени передачи сигнала или расширением требуемой полосы пропускания линии связи (если увеличивать частоту следования импульсов). Представление дискретного по времени и уровню сигнала в виде цифрового кода осуществляется по определенным правилам в соответствии с принятым методом кодирования. Устройства, осуществляющие кодирование сигнала и его обратное преобразование — декодирование, называют соответственно кодером и декодером.

Так как при цифровых методах модуляции информацию несет не какой-либо параметр импульсов, а вид кодовой комбинации, то при приеме нет необходимости измерять искаженные в линии связи амплитуду, длительность или частоту импульсов с неизбежной при этом ошибкой измерения. Следует только решить, есть импульс в определенный момент времени или его нет. Этим обстоятельством и объясняются столь высокие точность и помехоустойчивость цифровых методов модуляции. Так, если точность не-

прерывных и импульсных систем ТИ составляет 0, 5... 1, 0%, то цифровые системы позволяют достигнуть точности 0, 05...0, 1 % и выше.

Цифровые методы модуляции обеспечивают передачу информации без накопления ошибок за счет преобразования сигнала в пунктах ретрансляции (см. рис. 14.6), что позволяет создавать системы с практически неограниченной дальностью действия. Кроме того, цифровые сигналы не требуют дополнительных преобразований при вводе-выводе из ЦВМ, широко применяемых в телемеханике.

Все это обусловило исключительное использование цифровых методов для передачи телемеханической информации.

⇐ Предыдущая26272829303132333435Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Непрерывные стабилизаторы напряжения
2. УПРАЖНЕНИЯ И ИГРЫ НА ОТРАБОТКУ РЕЧЕВОГО ДЫХАНИЯ, ИНТОНАЦИИ И МОДУЛЯЦИИ ГОЛОСА