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Il primo esperimento di trasmissione di parlato e musica via radio utilizzando il metodo della modulazione di ampiezza fu effettuato nel 1906 dall'ingegnere americano R. Fessenden. La frequenza portante di 50 kHz del radiotrasmettitore veniva generata da una macchina generatrice (alternatore); per modularla veniva collegato un microfono a carbone tra il generatore e l'antenna, modificando l'attenuazione del segnale nel circuito. Dal 1920, al posto degli alternatori iniziarono ad essere utilizzati generatori basati su tubi a vuoto. Nella seconda metà degli anni '30, con lo sviluppo delle onde ultracorte, la modulazione di ampiezza cominciò gradualmente a essere sostituita dalle trasmissioni radio VHF e dalle comunicazioni radio con la modulazione di frequenza. Dalla metà del 20° secolo, nel servizio e nelle comunicazioni radioamatoriali è stata introdotta la modulazione a banda laterale singola (SSB), che presenta una serie di importanti vantaggi rispetto all'AM.

È stata sollevata la questione del trasferimento delle trasmissioni radiofoniche all'OBP, ma ciò avrebbe richiesto la sostituzione di tutti i ricevitori di trasmissione con altri più complessi e costosi, quindi non è stato implementato. Alla fine del 20 ° secolo, la transizione alla trasmissione digitale iniziò utilizzando segnali con manipolazione dell'ampiezza. La modulazione (dal latino modulazione - dimensionalità, dimensionalità) è un cambiamento nel tempo secondo una determinata legge di parametri che caratterizzano qualsiasi processo fisico stazionario. Il parametro di oscillazione modificato durante il processo di modulazione (ampiezza, frequenza, fase) determina il nome della modulazione. Di conseguenza, ampiezza, frequenza, fase. È possibile anche una modulazione mista, ad esempio ampiezza-fase. Un segnale modulato è il risultato della sovrapposizione delle oscillazioni del segnale modulante sulle oscillazioni della frequenza portante.

In molti casi, il segnale modulante è sotto forma di impulso e le risultanti raffiche di impulsi ad alta frequenza. Nei sistemi di comunicazione multicanale, una sequenza di impulsi radio viene utilizzata come vettore di informazioni. Tale sequenza è determinata da quattro parametri: ampiezza, frequenza, durata (larghezza) e fase. Di conseguenza, sono possibili diverse opzioni per la modulazione degli impulsi. Vale a dire: ampiezza dell'impulso, fase dell'impulso, frequenza dell'impulso, larghezza dell'impulso, modulazione del codice dell'impulso. I tipi di modulazione a impulsi sono caratterizzati da una maggiore immunità al rumore rispetto alla modulazione di un segnale armonico continuo.

In termini di portata, la modulazione AM è inferiore a quella FM, come si può vedere dalla figura, l'ampiezza del segnale in alcuni punti nel tempo con AM è inferiore che con FM, da qui la portata più breve. Per trasmettere la frequenza portante di un segnale radio AM convenzionale, viene utilizzata parte della potenza dell'apparecchiatura trasmittente (circa il 50%). La soluzione per aumentare la portata della comunicazione in AM è passare alla modulazione con una banda laterale, che consente di utilizzare tutta la potenza dell'apparato trasmittente per trasmettere solo il segnale utile. Esistono altri tipi di modulazioni, ma sono meno comuni o di importanza pratica.

La modulazione del segnale è il processo di modifica di un segnale in base alla forma di un altro segnale.
La modulazione viene effettuata per trasmettere dati utilizzando la radiazione elettromagnetica. Tipicamente, un segnale sinusoidale (portante) viene modificato. Ci sono:
- modulazione d'ampiezza;
- modulazione di frequenza;

La modulazione è un processo in cui un'onda ad alta frequenza viene utilizzata per trasportare un'onda a bassa frequenza.

Modulazione d'ampiezza
Nei sistemi di modulazione di ampiezza (AM), l'onda modulante modifica l'ampiezza di un'onda portante ad alta frequenza. L'analisi delle frequenze di uscita mostra la presenza non solo delle frequenze di ingresso Fc e Fm, ma anche della loro somma e differenza: Fc + Fm e Fc - Fm. Se l'onda modulante è complessa, come un segnale vocale, che consiste di molte frequenze, allora le somme e le differenze delle varie frequenze occuperanno due bande, una sotto e l'altra sopra la frequenza portante. Si chiamano laterali superiori e inferiori. La banda superiore è una copia del segnale conversazionale originale, solo spostata sulla frequenza Fc. La banda inferiore è una copia invertita del segnale originale, cioè le alte frequenze nell'originale sono le basse frequenze nella parte inferiore. Il lato inferiore è un'immagine speculare del lato superiore rispetto alla frequenza portante Fc. Un sistema AM che trasmette sia sidebaud che portante è noto come sistema double sidebaud (DSB). La portante non trasporta informazioni utili e può essere rimossa, ma con o senza portante, il segnale DSB ha il doppio della larghezza di banda del segnale originale. Per restringere la banda è possibile spostare non solo il portante, ma anche uno di quelli laterali, poiché portano le stesse informazioni. Questo tipo di operazione è nota come modulazione della portante con soppressione della banda laterale singola (SSB-SC - Single SideBand Suppressed Carrier).
La demodulazione di un segnale AM ​​si ottiene miscelando il segnale modulato con una portante della stessa frequenza del modulatore. Il segnale originale viene quindi ottenuto come frequenza separata (o banda di frequenza) e può essere filtrato da altri segnali. Quando si utilizza SSB-SC, la portante di demodulazione viene generata localmente e potrebbe non essere adattata in alcun modo alla frequenza portante del modulatore. La leggera differenza tra le due frequenze provoca un disadattamento di frequenza, che è inerente ai circuiti telefonici.

Modulazione di ampiezza utilizzando segnali digitali
Un caso speciale di modulazione di ampiezza è quando il più basso dei due livelli di ampiezza viene portato a zero, quindi il processo di modulazione consiste nell'accendere e spegnere la portante. Tuttavia, i picchi di energia trasmessa rendono questa tecnica inadatta alla trasmissione di dati su reti di comunicazione.

Tipi di modulazione: FM, AM, SSB
Cosa è consentito, come il tipo di modulazione influisce sul raggio di comunicazione.
Caratteristiche di lavorare con SSB.
In Russia, nella gamma CB è consentito utilizzare la modulazione di frequenza (FM), ampiezza (AM) e banda laterale singola (SSB). Quale modulazione è meglio scegliere per la comunicazione?

Innanzitutto la vostra modulazione deve corrispondere a quella del vostro corrispondente. La stragrande maggioranza degli utenti CB russi utilizza FM. Fornisce la massima qualità del suono se il segnale del corrispondente è sufficientemente forte. L'uso della FM consente di sopprimere la maggior parte dei tipi di interferenze di natura ampiezza. Lo svantaggio della FM è l'elevato livello di rumore del rilevatore in assenza di segnale, che richiede un'impostazione precisa della soglia di soppressione del rumore.

L'AM viene utilizzato per le comunicazioni su medie e lunghe distanze quando il segnale del corrispondente è troppo debole per realizzare i vantaggi dell'FM. La portata massima di comunicazione quando si utilizzano AM e FM è quasi la stessa.

La comunicazione radio che utilizza una banda laterale presenta vantaggi così grandi rispetto ad AM e FM che le ha completamente sostituite nelle comunicazioni radio professionali e amatoriali. La SSB è apparsa nelle bande radioamatoriali negli anni Cinquanta. Nel 1956 nel mondo esistevano solo poche decine di stazioni radioamatoriali SSB, ma nel 1961 il loro numero superava già le 20mila. Il primo operatore sovietico a onde corte a lavorare in SSB fu Georgy Rumyantsev (UA1DZ), uno dei più antichi radioamatori russi, L. Labutin (UA3CR), che iniziò a lavorare in SSB nel 1958, fece molto per rendere popolare il lavoro in SSB.

La modulazione SSB è arrivata alla gamma CB molto più tardi: all'estero - negli anni '90, in Russia - solo negli ultimissimi anni.

Il motivo principale per lo scarso utilizzo di SSB nella banda CB è il prezzo più alto dei ricetrasmettitori SSB, che supera di 3-5 volte i prezzi delle stazioni AM/FM, il secondo motivo sono le peculiarità di lavorare in SSB, che richiedono prezzi più elevati qualifiche dell'operatore.

Quando si riceve una stazione con modulazione SSB, è necessario utilizzare la manopola di sintonia fine per ottenere la migliore intelligibilità e naturalezza della voce del corrispondente. Questo è ciò che ha impedito l'uso diffuso dell'SSB nelle autoradio, la cui regolazione manuale non dovrebbe distrarre il conducente durante la guida. Tuttavia, recentemente sono apparse sul mercato stazioni per auto SSB abbastanza decenti, ma il prezzo è solo 1,5-2 volte più costoso delle stazioni AM, FM, che hanno una stabilità di frequenza abbastanza sufficiente per funzionare in SSB mentre l'auto è in movimento.

Va tenuto presente che anche con la messa a punto, il suono della voce del corrispondente quando si lavora su SSB rimane ancora innaturale, con un timbro “sintetizzato” specifico, che però non interferisce con la ricezione delle informazioni.

Il vantaggio principale dell'SSB rispetto all'AM e all'FM è il guadagno in potenza del segnale utile emesso, che è di 9 dB, ovvero 8 volte. Secondo le regole adottate in Russia, la potenza portante di una stazione radio CB con tipi di modulazione AM e FM e la potenza di picco con modulazione SSB non deve superare i 10 W. Da dove provengono le vincite?

Con la modulazione SSB, la portante e una delle bande laterali non vengono irradiate, consentendo a tutta la potenza consentita di essere irradiata come un'unica banda laterale. La potenza che trasporta informazioni vocali utili in AM e FM è, nella migliore delle ipotesi, 1,25 W, mentre in SSB è di 10 W. Pertanto, quando si riceve un segnale SSB da un trasmettitore con una potenza di picco di 10 W, l'udibilità sarà la stessa di quando si riceve un trasmettitore AM con una potenza di 80 W!

Tuttavia, i vantaggi della SSB non si fermano qui. Le stazioni AM e FM emettono costantemente potenza portante, indipendentemente dal fatto che tu parli nel microfono o rimanga in silenzio. Le stazioni SSB non emettono alcuna potenza durante le pause tra le parole. Oltre a risparmiare energia e facilitare il funzionamento dello stadio di uscita del trasmettitore, ciò offre ulteriori vantaggi quando si opera in un canale sovraccarico di stazioni. Quando si utilizzano le modulazioni AM o FM, l'accensione di una stazione più potente “sommerge” completamente quella più debole, rendendo impossibile la ricezione; quando si utilizza SSB, nelle pause tra le parole di una stazione potente, si continua ad ascoltare la stazione più debole; È possibile non solo seguire la stazione, ma anche cogliere il significato del messaggio. Praticamente in questi casi è possibile concordare il passaggio ad un'altra frequenza. Se la potenza del segnale delle stazioni interferenti non è molto superiore al livello di quella ricevuta e le frequenze di tutte le stazioni sono esattamente le stesse, capirete la maggior parte delle informazioni della stazione desiderata, proprio come capite l'interlocutore quando parlare quando sei circondato da persone che parlano. In pratica, le frequenze delle stazioni interferenti differiscono sempre da quella ricevuta, quindi, a causa di una violazione dei rapporti tra le componenti di frequenza dello spettro, il parlato dei corrispondenti delle stazioni interferenti diventa illeggibile ed è molto più facile focalizzare tutta l'attenzione sul discorso intelligibile del tuo corrispondente. Questo ovviamente vale solo in caso di interferenze da parte di altre stazioni SSB. Se la stazione interferente opera con modulazione di ampiezza o di frequenza, la SSB non offre vantaggi.

È per questo motivo che gli utenti della gamma CB, in cui non esiste alcuna differenziazione di frequenza per lavorare con diversi tipi di modulazione, concordano tra loro su quali canali possono essere utilizzati solo SSB. Pertanto, gli utenti CB nei paesi europei hanno concordato di utilizzare preferenzialmente la banda D per lavorare in SSB, lasciando la banda C per AM e FM.

Tutti i vantaggi elencati della modulazione SSB consentono, a parità di altre condizioni, di ottenere una portata di comunicazione maggiore del 50-75% rispetto ad AM o FM.

Continuiamo la serie di articoli di educazione generale sotto il titolo generale “Teoria delle onde radio”.
Negli articoli precedenti abbiamo conosciuto le onde radio e le antenne: diamo uno sguardo più da vicino alla modulazione del segnale radio.

Nell'ambito di questo articolo, verrà considerata la modulazione analogica dei seguenti tipi:

• Modulazione d'ampiezza
• Modulazione di ampiezza con una banda laterale
• Modulazione di frequenza
• Modulazione di frequenza lineare
• Modulazione di fase
• Modulazione di fase differenziale

Modulazione d'ampiezza

Con la modulazione di ampiezza, l'inviluppo delle ampiezze della vibrazione della portante cambia secondo una legge che coincide con la legge del messaggio trasmesso. La frequenza e la fase dell'oscillazione della portante non cambiano.

Uno dei parametri principali dell'AM è il coefficiente di modulazione (M).
Il coefficiente di modulazione è il rapporto tra la differenza tra i valori massimo e minimo delle ampiezze del segnale modulato e la somma di questi valori (%).
In poche parole, questo coefficiente mostra quanto l'ampiezza della vibrazione del portatore in un dato momento si discosta dal valore medio.
Quando il fattore di modulazione è maggiore di 1, si verifica un effetto di sovramodulazione, con conseguente distorsione del segnale.

Spettro AM

Questo spettro è caratteristico di un'oscillazione modulante a frequenza costante.

Nel grafico, l'asse X rappresenta la frequenza e l'asse Y rappresenta l'ampiezza.
Per AM, oltre all'ampiezza della frequenza fondamentale situata al centro, vengono presentati anche i valori di ampiezza a destra e a sinistra della frequenza portante. Queste sono le cosiddette strisce laterali sinistra e destra. Sono separati dalla frequenza portante da una distanza pari alla frequenza di modulazione.
Viene chiamata la distanza dalla striscia laterale sinistra a quella destra larghezza dello spettro.
Nel caso normale, con un coefficiente di modulazione<=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
Le informazioni utili sono contenute solo nelle bande laterali superiori o inferiori dello spettro. La componente spettrale principale, la portante, non trasporta informazioni utili. La potenza del trasmettitore durante la modulazione di ampiezza viene spesa principalmente per "riscaldare l'aria", a causa della mancanza di contenuto informativo dell'elemento più basilare dello spettro.

Modulazione di ampiezza a banda laterale singola

A causa dell'inefficacia della modulazione di ampiezza classica, è stata inventata la modulazione di ampiezza a banda laterale singola.
La sua essenza è rimuovere la portante e una delle bande laterali dallo spettro, mentre tutte le informazioni necessarie vengono trasmesse sulla banda laterale rimanente.

Ma nella sua forma pura, questo tipo non ha messo radici nelle trasmissioni radiofoniche domestiche, perché Nel ricevitore, la portante deve essere sintetizzata con altissima precisione. Utilizzato in apparecchiature di compattazione e radioamatori.
Nelle trasmissioni radiofoniche viene utilizzata più spesso l'AM con una banda laterale e una portante parzialmente soppressa:

Con questa modulazione si ottiene il miglior rapporto qualità/efficienza.

Modulazione di frequenza

Un tipo di modulazione analogica in cui la frequenza portante cambia secondo la legge del segnale modulante a bassa frequenza. L'ampiezza rimane costante.

a) - frequenza portante, b) segnale modulante, c) risultato della modulazione

Viene chiamata la più grande deviazione di frequenza dal valore medio deviazione.
Idealmente, la deviazione dovrebbe essere direttamente proporzionale all'ampiezza dell'oscillazione modulante.

Lo spettro della modulazione di frequenza è simile al seguente:

È costituito da una portante e da una banda armonica laterale simmetricamente ritardata a destra e a sinistra, ad una frequenza che è un multiplo della frequenza dell'oscillazione modulante.
Questo spettro rappresenta una vibrazione armonica. Nel caso della modulazione reale, lo spettro ha forme più complesse.
Esistono modulazioni FM a banda larga e a banda stretta.
Nella banda larga, lo spettro di frequenza supera notevolmente la frequenza del segnale modulante. Utilizzato nelle trasmissioni radio FM.
Le stazioni radio utilizzano principalmente la modulazione FM a banda stretta, che richiede una sintonizzazione più precisa del ricevitore e, di conseguenza, è più protetta dalle interferenze.
Di seguito sono presentati gli spettri FM a banda larga e a banda stretta

Lo spettro della FM a banda stretta assomiglia alla modulazione di ampiezza, ma se si considera la fase delle bande laterali, queste onde sembrano avere ampiezza costante e frequenza variabile, piuttosto che frequenza costante e ampiezza variabile (AM). Con la FM a banda larga, l'ampiezza della portante può essere molto piccola, il che si traduce in un'elevata efficienza FM; ciò significa che la maggior parte dell'energia trasmessa è contenuta nelle frequenze laterali che trasportano l'informazione.

I principali vantaggi della FM rispetto all’AM sono l’efficienza energetica e l’immunità al rumore.

La modulazione di frequenza lineare è un tipo di FM.
La sua essenza sta nel fatto che la frequenza del segnale portante cambia secondo una legge lineare.

Il significato pratico dei segnali modulati in frequenza lineare (chirp) risiede nella possibilità di una significativa compressione del segnale durante la ricezione con un aumento della sua ampiezza al di sopra del livello di rumore.
I segnali acustici vengono utilizzati nei radar.

Modulazione di fase

In realtà, il termine manipolazione di fase è più comunemente usato, perché Modulano principalmente segnali discreti.
Il significato di PM è che la fase della portante cambia bruscamente con l'arrivo del successivo segnale discreto, diverso dal precedente.

Dallo spettro si può vedere la quasi totale assenza di un portatore, che indica un'elevata efficienza energetica.
Lo svantaggio di questa modulazione è che un errore in un simbolo può portare alla ricezione errata di tutti i simboli successivi.

Codificazione differenziale di sfasamento

Nel caso di questa modulazione, la fase non cambia ad ogni variazione del valore dell'impulso modulante, ma al variare della differenza. In questo esempio, quando arriva ogni “1”.

Il vantaggio di questo tipo di modulazione è che se in un simbolo si verifica un errore casuale, ciò non comporta un'ulteriore catena di errori.

Vale la pena notare che esistono anche manipolazioni di fase come la quadratura, che utilizza un cambiamento di fase entro 90 gradi e PM di ordine superiore, ma la loro considerazione va oltre lo scopo di questo articolo.

PS: Voglio sottolineare ancora una volta che lo scopo degli articoli non è quello di sostituire un libro di testo, ma di raccontarvi “in un colpo d'occhio” le basi della radio.
Vengono considerati solo i principali tipi di modulazioni per creare l’idea dell’argomento da parte del lettore.

Di fronte a nuovi concetti nella vita di tutti i giorni, molti cercano di trovare risposte alle loro domande. Ecco perché è necessario descrivere qualsiasi fenomeno. Uno di questi è un concetto come la modulazione. Questo sarà discusso ulteriormente.

descrizione generale

La modulazione è il processo di modifica di uno o di un intero insieme di parametri di vibrazione ad alta frequenza in conformità con la legge dei messaggi informativi a bassa frequenza. Il risultato di ciò è un trasferimento dello spettro del segnale di controllo nella regione delle alte frequenze, poiché una trasmissione efficace nello spazio richiede che tutti i dispositivi ricetrasmettitori funzionino a frequenze diverse senza interrompersi a vicenda. Grazie a questo processo le vibrazioni dell'informazione vengono collocate su un supporto noto a priori. Il segnale di controllo contiene le informazioni trasmesse. La vibrazione ad alta frequenza assume il ruolo di portatore di informazioni, grazie al quale acquisisce lo status di portatore. Il segnale di controllo contiene i dati trasmessi. Esistono diversi tipi di modulazione, che dipendono dalla forma di oscillazione utilizzata: rettangolare, triangolare o qualche altra. Con un segnale discreto è consuetudine parlare di manipolazione. Quindi, la modulazione è un processo che coinvolge oscillazioni, quindi può essere frequenza, ampiezza, fase, ecc.

Varietà

Ora possiamo considerare quali tipi di questo fenomeno esistono. Essenzialmente, la modulazione è un processo in cui un'onda a bassa frequenza viene trasferita a un'onda ad alta frequenza. I tipi più comunemente usati sono frequenza, ampiezza e fase. Quando cambia la frequenza, quando cambia l'ampiezza, cambia l'ampiezza e quando cambia la fase, cambia la fase. Esistono anche tipi misti. La modulazione e la modifica degli impulsi sono tipi separati. In questo caso i parametri dell'oscillazione ad alta frequenza cambiano in modo discreto.

Modulazione d'ampiezza

Nei sistemi con questo tipo di variazione, l'ampiezza dell'onda portante ad alta frequenza viene modificata utilizzando un'onda modulante. In uscita vengono rilevate non solo le frequenze di ingresso, ma anche la loro somma e differenza. In questo caso, se la modulazione è un'onda complessa, come i segnali vocali costituiti da molte frequenze, allora la somma e la differenza delle frequenze richiederà due bande, una sotto la portante e l'altra sopra. Si chiamano laterali: superiore e inferiore. Il primo è una copia dell'originale, spostato su una certa frequenza. La banda inferiore è una copia del segnale originale che è stato invertito, ovvero le alte frequenze originali sono le frequenze più basse nella banda laterale inferiore.

La parete laterale inferiore è un'immagine speculare della parete laterale superiore rispetto alla frequenza portante. Un sistema che utilizza la modulazione di ampiezza, trasmettendo la portante ed entrambe le bande laterali, è chiamato bidirezionale. La portante non contiene informazioni utili, quindi può essere rimossa, ma in ogni caso la larghezza di banda del segnale sarà doppia rispetto a quella originale. Il restringimento della banda si ottiene spostando non solo la portante, ma anche una delle bande laterali, poiché contengono la stessa informazione. Questo tipo è noto come modulazione della portante con soppressione della banda laterale singola.

Demodulazione

Questo processo richiede la miscelazione del segnale modulato con una portante della stessa frequenza di quella emessa dal modulatore. Successivamente, il segnale originale viene ottenuto come frequenza o banda di frequenza separata e quindi filtrato da altri segnali. Talvolta la portante per la demodulazione viene generata localmente, ma non sempre coincide con la frequenza portante sul modulatore stesso. A causa della piccola differenza tra le frequenze si verificano disadattamenti, tipici dei circuiti telefonici.

Questo utilizza un segnale digitale in banda base, il che significa che consente di codificare più di un bit per baud codificando un segnale di dati binari in un segnale con più livelli. I bit nei segnali binari talvolta sono divisi in coppie. Per una coppia di bit possono essere utilizzate quattro combinazioni, ciascuna coppia essendo rappresentata da uno dei quattro livelli di ampiezza. Questo segnale codificato è caratterizzato dal fatto che la velocità di trasmissione della modulazione è la metà di quella del segnale dati originale, quindi può essere utilizzato per la modulazione di ampiezza nel modo consueto. Ha trovato la sua applicazione nelle comunicazioni radio.

Modulazione di frequenza

I sistemi con tale modulazione presuppongono che la frequenza portante cambierà in base alla forma del segnale modulante. Questo tipo è superiore all'ampiezza in termini di resistenza ad alcuni influssi presenti sulla rete telefonica, quindi va utilizzato a basse velocità dove non è necessario coinvolgere un'ampia banda di frequenza.

Modulazione di fase-ampiezza

Per aumentare il numero di bit per baud, è possibile combinare la modulazione di fase e di ampiezza.

Uno dei metodi moderni di modulazione di ampiezza-fase è quello che si basa sulla trasmissione di più portanti. Ad esempio, un'applicazione utilizza 48 portanti separate da una larghezza di banda di 45 Hz. Combinando la modulazione di ampiezza e di fase, a ciascuna portante vengono assegnati fino a 32 stati discreti per periodo di baud, consentendo il trasporto di 5 bit per baud. Si scopre che l'intero set consente di trasferire 240 bit per baud. Quando si opera a 9600 bps, la velocità di modulazione richiede solo 40 baud. Una cifra così bassa è abbastanza tollerante nei confronti dell'ampiezza e dei salti di fase inerenti alla rete telefonica.

Modulazione del codice ad impulsi

Questo tipo è solitamente considerato un sistema per la trasmissione, ad esempio, della voce in formato digitale. Questa tecnica di modulazione non viene utilizzata nei modem. Ciò comporta il gate del segnale analogico a una velocità doppia rispetto alla componente di frequenza più alta del segnale in forma analogica. Quando tali sistemi vengono utilizzati sulle reti telefoniche, il gating avviene 8000 volte al secondo. Ogni campione è un livello di tensione codificato in un codice a sette bit. Per una migliore rappresentazione, viene utilizzata la codifica logaritmica. Sette bit insieme all'ottavo, che indica la presenza di un segnale, formano un ottetto.

Per ricostruire il segnale del messaggio sono necessarie la modulazione e la rilevazione, cioè il processo inverso. In questo caso il segnale viene convertito in modo non lineare. Gli elementi non lineari arricchiscono lo spettro del segnale di uscita con nuove componenti spettrali e i filtri vengono utilizzati per evidenziare le componenti a bassa frequenza. La modulazione e il rilevamento possono essere effettuati utilizzando diodi a vuoto, transistor, diodi a semiconduttore come elementi non lineari. Tradizionalmente vengono utilizzati diodi semiconduttori puntiformi, poiché i diodi planari hanno una capacità di ingresso notevolmente maggiore.

Viste moderne

La modulazione digitale fornisce una capacità di informazione molto maggiore e compatibilità con una varietà di servizi di dati digitali. Inoltre, con il suo aiuto, aumenta la sicurezza delle informazioni, migliora la qualità dei sistemi di comunicazione e l'accesso ad essi viene accelerato.

Esistono una serie di limitazioni che gli sviluppatori di qualsiasi sistema devono affrontare: potenza consentita e larghezza di banda di frequenza, un determinato livello di rumore dei sistemi di comunicazione. Ogni giorno aumenta il numero di utenti dei sistemi di comunicazione, così come la loro domanda, che richiede un aumento delle risorse radio. La modulazione digitale è notevolmente diversa dalla modulazione analogica in quanto la portante in essa contenuta trasmette grandi quantità di informazioni.

Difficoltà di utilizzo

Il compito principale che devono affrontare gli sviluppatori di sistemi di comunicazione radio digitale è trovare un compromesso tra la larghezza di banda della trasmissione dei dati e la complessità del sistema in termini tecnici. Per fare ciò è opportuno utilizzare diversi metodi di modulazione per ottenere il risultato desiderato. La comunicazione radio può essere organizzata utilizzando i circuiti trasmettitori e ricevitori più semplici, ma per tale comunicazione verrà utilizzato uno spettro di frequenze proporzionale al numero di utenti. Ricevitori e trasmettitori più complessi richiedono una larghezza di banda inferiore per trasmettere la stessa quantità di informazioni. Per passare a metodi di trasmissione spettralmente efficienti, è necessario complicare di conseguenza l'attrezzatura. Questo problema non dipende dal tipo di connessione.

Opzioni alternative

La modulazione dell'ampiezza dell'impulso è caratterizzata dal fatto che il suo segnale portante è una sequenza di impulsi, mentre la frequenza degli impulsi è costante. Le modifiche riguardano solo la durata di ciascun impulso in funzione del segnale modulante.

La modulazione di larghezza di impulso differisce dalla modulazione di fase di frequenza. Quest'ultimo prevede la modulazione del segnale sotto forma di sinusoide. È caratterizzato da ampiezza costante e frequenza o fase variabile. I segnali a impulsi possono anche essere modulati in frequenza. La durata degli impulsi può essere fissa e la loro frequenza rientra in un certo intervallo, ma il loro valore istantaneo varierà a seconda dei segnali modulanti.

conclusioni

È possibile utilizzare tipi semplici di modulazione, con un solo parametro che cambia in base alle informazioni di modulazione. Uno schema di modulazione combinato, utilizzato nelle moderne apparecchiature di comunicazione, avviene quando sia l'ampiezza che la fase della portante cambiano simultaneamente. I sistemi moderni possono utilizzare diverse sottoportanti, ciascuna delle quali utilizza un certo tipo di modulazione. In questo caso parliamo di schemi di modulazione del segnale. Questo termine viene utilizzato anche per viste complesse a più livelli, quando sono necessarie informazioni aggiuntive per informazioni complete.

I moderni sistemi di comunicazione utilizzano i tipi di modulazione più efficienti, riducendo così al minimo la larghezza di banda per liberare spazio di frequenza per altri tipi di segnali. La qualità della comunicazione ne trae vantaggio, ma la complessità dell'apparecchiatura in questo caso risulta essere molto elevata. In definitiva, la frequenza di modulazione dà un risultato visibile all'utente finale solo in termini di facilità d'uso dei mezzi tecnici.

Un segnale sonoro utile, come una voce, è una vibrazione acustica o un'onda sonora. Ovviamente queste vibrazioni devono essere convertite in forma elettrica. In genere, la conversione viene solitamente eseguita utilizzando un microfono.

Per trasmettere segnali su lunghe distanze, devono avere un'elevata energia. È noto che l'energia di un segnale è proporzionale alla quarta potenza della sua frequenza, cioè i segnali con una frequenza più alta hanno più energia. In pratica, i segnali che trasportano informazioni, ad esempio i segnali vocali, hanno spesso una bassa frequenza di oscillazione e quindi, per trasmetterli a lunga distanza, è necessario aumentare la frequenza dei segnali informativi.

Pertanto, per la trasmissione delle oscillazioni elettromagnetiche, è necessaria una sorgente di oscillazioni elettromagnetiche di potenza e gamma di frequenza significative, in base alle condizioni di propagazione delle onde radio.

Quindi, abbiamo un segnale elettrico di frequenza audio e abbiamo un'onda elettromagnetica ad alta frequenza - un'onda portante. Cioè, abbiamo informazioni e un corriere per trasportarle. Come “caricare” di suono un'onda elettromagnetica?

Consideriamo un'oscillazione armonica, che ha una frequenza ω sufficiente per propagarsi su lunghe distanze e varia secondo la legge:

L'informazione può essere applicata a questa oscillazione modificandone lentamente, rispetto al periodo, l'ampiezza Um, la frequenza ω o la fase φ. Questo processo è chiamato modulazione.

A seconda del parametro modificato si distingue la modulazione di ampiezza (AM), di frequenza (FM) e di fase (PM).

Un segnale modulato in ampiezza si ottiene moltiplicando due segnali. Uno contiene informazioni e l'altro è il vettore. Lasciamo che il segnale informativo (Fig. 3.1.) e la vibrazione del portatore (Fig. 3.2.) cambino secondo le seguenti espressioni:

U 1 (t) = U 0 + U 1 m cosΩt,

U2(t) = U2m cos?t,

dove U0 è la componente costante del segnale, U1m e U2m sono le ampiezze del segnale informativo e della vibrazione della portante, Ω, ω sono la frequenza del segnale informativo e della vibrazione della portante.

Riso. 3.1. Segnale informativo.

Riso. 3.2. Vibrazione del portante.

Moltiplichiamo questi segnali:

Introduciamo la seguente notazione:

dove Um è l'ampiezza del segnale modulato, M è il coefficiente di modulazione.

Tenendo conto delle notazioni introdotte, otteniamo un'espressione per il segnale modulato in ampiezza nella seguente forma:

Il tipo di segnale modulato in ampiezza è mostrato in Fig. 3.3, e il suo spettro in Fig. 3.4.

Riso. 3.3. Segnale modulato in ampiezza.

Pertanto, lo spettro delle oscillazioni di radiofrequenza con modulazione di ampiezza mediante oscillazione armonica è costituito da tre componenti: armoniche del lato inferiore, portante e lato superiore. Si può vedere che le ampiezze delle componenti laterali dipendono dal coefficiente di modulazione M.

Fig.3.4. Spettro di un segnale modulato in ampiezza.

Tipo di segnale modulato in ampiezza e suo spettro, mostrato in Fig. 3.3 e 3.4. è valido nel caso in cui la modulazione viene effettuata da un segnale monotonale con frequenza Ω. In pratica, viene utilizzata più spesso la modulazione delle oscillazioni della portante da parte di un segnale vocale, che occupa un determinato spettro di frequenze ΔΩ. In questo caso, invece di due frequenze laterali (?-Ω) e (?+Ω), ci sono due spettri di frequenza laterali (?-ΔΩ) e (?+ΔΩ), chiamati bande di frequenza laterali superiore e inferiore - VB e NB. (Fig. 3.5)

Per ottenere un segnale modulato in ampiezza a banda laterale singola, è necessario sopprimere il segnale della frequenza portante e una delle bande laterali.

Esistono due metodi per ottenere un segnale a banda laterale singola (SSB):

1. Metodo di filtraggio.

2. Metodo di fasatura

In questo caso occorre tenere presenti due circostanze:

Lo spettro di VB e NB viene spostato rispetto allo spettro originale del segnale vocale ΔΩ del valore della frequenza portante;

Lo spettro NB risulta essere inverso rispetto allo spettro originale del segnale vocale.

Un segnale modulato in frequenza è un'oscillazione in cui la frequenza istantanea cambia secondo la legge del segnale modulante. Lasciamo variare il segnale modulante e l’onda portante come mostrato in Fig. 3.6, 3.7.

Riso. 3.6. Segnale modulante.

Riso. 3.7. Segnale portante.

Quindi la frequenza istantanea durante la modulazione di frequenza è pari a:

qui Δω è la deviazione di frequenza (deviazione) sotto l'influenza di un segnale modulante, questa deviazione è in linea di principio proporzionale all'ampiezza dell'oscillazione modulante;

L'equazione per le oscillazioni modulate in frequenza sarà scritta nella seguente forma:

dove - è l'indice di modulazione di frequenza. Il tipo di segnale modulato in frequenza è mostrato in Fig. 3.8.

Riso. 3.8. Segnale modulato in frequenza.

Il segnale modulato in frequenza ha uno spettro discreto (Fig. 3.9. con armoniche alle frequenze (ω0± nΩ), dove n = 1, 2, 3, 4, 5…

Riso. 3.9. Spettro del segnale modulato in frequenza.

Il tipo di spettro di un'oscillazione modulata dipende dall'indice di modulazione di frequenza m, teoricamente lo spettro è infinito, ma in pratica è limitato a due o tre componenti, poiché le ampiezze delle armoniche di ordine superiore diminuiscono rapidamente; Fase modulata Un'oscillazione è un'oscillazione la cui fase cambia secondo la legge del segnale modulante. L’espressione che descrive tale oscillazione ha la forma:

L'oscillazione modulata in frequenza è allo stesso tempo modulata in fase. A volte entrambi i tipi di modulazione sono chiamati modulazione angolare. Tuttavia, con la modulazione di frequenza, la variazione di frequenza, non di fase, coincide con la legge di variazione del segnale modulante. Inoltre, con la modulazione di frequenza, l'indice di modulazione è inversamente proporzionale alla frequenza modulante, mentre con la modulazione di fase non esiste tale dipendenza.

Quando l'oscillazione è modulata da un segnale armonico, è possibile distinguere la modulazione di frequenza dalla modulazione di fase solo confrontando le variazioni della fase istantanea dell'oscillazione modulata con la legge di variazione della tensione modulante.

Tutti e tre i metodi considerati per modulare un segnale portante con un segnale di informazione armonica sono adatti anche per la trasmissione di segnali discreti. Questo tipo di modulazione è chiamata manipolazione. La fonte di informazioni per la manipolazione dei segnali è una chiave telegrafica, un sensore del codice Morse, apparecchiature telegrafiche per la stampa diretta, trasmissione dati e apparecchiature di velocità.

Il principio della manipolazione dell'ampiezza nella telegrafia unipolare è illustrato in Fig. 3.10.

I metodi tecnici per generare segnali AT sono estremamente semplici. Il trasmettitore deve emettere oscillazioni ad alta frequenza quando si preme il tasto e al momento della pausa telegrafica (il tasto non viene premuto) non dovrebbero esserci radiazioni.

Lo spettro del segnale radio AT è di natura discreta ed è mostrato in Fig. 3.11. In questa immagine F t = V t/2 è la frequenza telegrafica principale, dove V

Riso. 3.11. Spettro del segnale AT

Per la normale ricezione di un segnale radio, sul canale devono essere trasmesse le componenti dello spettro del segnale nella banda di frequenza 6 F t = 3 V t o nella striscia 10 F t = 5 V t (canale radio in dissolvenza). Pertanto, l'ampiezza dello spettro del segnale radio AT dipende direttamente dalla velocità di trasmissione delle informazioni e sarà Δ F AT = (3...5) V T.

Poiché durante il lavoro uditivo i segnali radio del telegrafo forniscono velocità fino a 15...20 baud, l'ampiezza dello spettro di tale segnale sarà di 45...60 Hz. Di tutti i segnali telegrafici, la radio con modulazione di ampiezza ha lo spettro più ristretto.

Con il controllo della frequenza delle oscillazioni, il messaggio negativo (trasmissione “0”) corrisponde al funzionamento del trasmettitore alla frequenza F B e il messaggio positivo (trasmissione “1”) - funzionano alla frequenza F Gruppo musicale F B< F B (Fig. 3.11).

Riso. 3.12. Il principio della telegrafia di frequenza

Differenza di frequenza F IN - F B è chiamato spostamento di frequenza Δ F cdv (Fig. 3.13). I segnali radio CT sono designati come segue: CT-125, CT-200, CT-250, ecc. o F1-125, F1-200, F1-250, ecc. Il numero scritto dopo il trattino è il valore di spostamento della frequenza in hertz .

Riso. 3.13. Posizione relativa dei segnali sull'asse della frequenza durante CT

Lo spettro dei segnali radio CT dipende sia dalla velocità della telegrafia che dallo spostamento di frequenza, vale a dire: maggiore è la velocità della telegrafia V t (in baud) e maggiore è lo spostamento di frequenza, più ampio è lo spettro del segnale radio. L'ampiezza dello spettro dei segnali radio CT può essere determinata utilizzando la seguente formula approssimativa:

Δ F th = (3…5) V t + Δ F cdv.

La tecnologia di comunicazione radio esistente prevede anche l'uso della telegrafia a due canali (DCT o F6), che fornisce

funzionamento simultaneo su due canali telegrafici. Ognuna delle 4 possibili combinazioni di messaggi primari nei canali corrisponde ad una determinata frequenza del segnale radio: F UN, F B, F IN, F G

(Tabella 3.1.), e F UN< F B< F IN< F G.

Tabella 3.1

1° canale TG	2° canale TG	Frequenza del segnale	Relativo alla frequenza del segnale F 0
"0"	"0"	F UN
"0"	"1"	F B
"1"	"0"	F IN
"1"	"1"	F G

Il principio della telegrafia a doppia frequenza è illustrato in Fig. 3.14.

Riso. 3.14. Il principio della telegrafia a doppia frequenza

Cambiamenti di frequenza F G - F IN, F IN - F B, F B - F A sono scelti uguali (Fig. 3.15). Secondo gli spostamenti di frequenza, i segnali sono designati come segue: DChT-250, DChT-500, ecc. o F6-250, F6-500, ecc.

Riso. 3.15. Posizione relativa dei segnali sull'asse della frequenza durante DCT

I segnali DChT raddoppiano la capacità di un collegamento radio, tuttavia hanno un'immunità al rumore inferiore rispetto ai segnali ChT e possono essere utilizzati quando il livello del segnale supera il livello di interferenza sufficientemente grande.

L'ampiezza dello spettro delle radiofrequenze può essere determinata dalla formula approssimativa:

Δ F dcht = (3…5) V t+3Δ F cdv.

I segnali radio del telegrafo con manipolazione di spostamento di frequenza possono essere considerati come un caso speciale di modulazione di frequenza con deviazione di frequenza Δ F th = Δ F cdv/2 per segnali TA e Δ F dcht = 3Δ F cdv/2 - per segnali DCT.

Quando si trasmettono segnali discreti utilizzando metodi di codifica a spostamento di fase, l'informazione trasmessa è contenuta in un cambiamento nella fase di un'oscillazione armonica ad alta frequenza. Esistono due tipi di codifica a spostamento di fase: codifica a spostamento di fase assoluta (APS) e codifica a spostamento di fase relativa (RPS).

Con FT, la fase delle oscillazioni ad alta frequenza cambia di 180° quando si cambiano i messaggi telegrafici primari, cioè quando si passa dalla trasmissione “0” alla trasmissione “1” e viceversa (Fig. 3.16.). I segnali FT vengono implementati in modo abbastanza semplice nel trasmettitore, ma la loro demodulazione nel dispositivo ricevente comporta grandi difficoltà tecniche. Per questo motivo il FT non è attualmente utilizzato nella pratica.

Riso. 3.16. Il principio dello sfasamento assoluto

In OFT, l'informazione non è contenuta nel cambiamento assoluto (salto) nella fase del segnale al momento della modifica dei messaggi "0" e "1", ma nel cambiamento nella fase dell'elemento corrente rispetto alla fase dell'elemento precedente. Quando si trasmette il simbolo "0", la fase dell'oscillazione ad alta frequenza dell'elemento corrente è opposta alla fase dell'elemento precedente e quando si trasmette "1" è la stessa (Fig. 3.17.). Il primo elemento all'inizio di una sessione di comunicazione può avere qualsiasi fase, poiché non trasporta informazioni, ma serve solo a contare la differenza di fase nell'elemento successivo.

Il processo di generazione di un segnale con PSK può essere ridotto al caso di generazione di un segnale con PSK ricodificando la sequenza binaria trasmessa. L'algoritmo di ricodifica è semplice: se designiamo come simbolo di informazione a cui trasmettere - m singolo elemento del segnale, quindi il simbolo ricodificato secondo le regole di PSK è determinato dalla seguente relazione di ricorrenza:

Riso. 3.17. Principio della codifica a spostamento di fase relativo

Il segnale OFT viene generato in due fasi. Innanzitutto il segnale telegrafico originale U tg viene ricodificato in un segnale che è necessario per implementare la manipolazione di sfasamento assoluta. La transcodifica viene eseguita da un dispositivo speciale, solitamente basato su elementi logici. Il segnale primario ricodificato viene quindi utilizzato per la manipolazione di sfasamento assoluta, in cui la modifica dei simboli PES provoca l'inversione della fase dell'oscillazione ad alta frequenza.

I segnali radio OFT sono ampiamente utilizzati sulle linee di comunicazione ad alta velocità. Lo spettro dei segnali radio OFT è determinato in modo simile allo spettro dei segnali radio AT, ovvero la sua larghezza sarà

Δ F spesso = (3…5) V T,

Dove V t - velocità telegrafica in baud.

6. Tipi di modulazione. Introduzione alla specialità

6. Tipi di modulazione

Principi di segnalamento delle telecomunicazioni

Il trasferimento di un segnale da un punto all'altro dello spazio viene effettuato da un sistema di telecomunicazione. Un segnale elettrico è essenzialmente una forma di rappresentazione di un messaggio destinato alla trasmissione da parte di un sistema di telecomunicazioni.

La sorgente del messaggio (Fig. 6.1) genera un messaggio a(t), che viene convertito in un segnale elettrico s(t) mediante dispositivi speciali. Quando si trasmette la parola, questa trasformazione viene eseguita da un microfono, quando si trasmette un'immagine - da un tubo a raggi catodici, quando si trasmette un telegramma - dalla parte trasmittente dell'apparato telegrafico.

Per trasmettere un segnale in un sistema di telecomunicazioni, è necessario utilizzare un qualche tipo di portante. È naturale utilizzare come vettore quegli oggetti materiali che tendono a muoversi nello spazio, ad esempio un campo elettromagnetico nei fili (comunicazione via cavo), nello spazio aperto (comunicazione radio), un raggio luminoso (comunicazione ottica). Nella fig. 6.2 mostra l'uso di una scala di frequenze e onde di diverso tipo per diversi tipi di comunicazione.

Pertanto, nel punto di trasmissione (Fig. 6.1), il segnale primario s(t) deve essere convertito in un segnale v(t), conveniente per la sua trasmissione sull'apposito mezzo di propagazione. Nel punto di ricezione viene eseguita la conversione inversa. In alcuni casi (ad esempio quando il mezzo di propagazione è una coppia di cavi fisici, come nelle comunicazioni telefoniche cittadine), questa conversione del segnale può essere assente.

Il segnale inviato al punto ricevente deve essere nuovamente convertito in un messaggio (ad esempio utilizzando un telefono o un altoparlante per la trasmissione della voce, un tubo catodico per la trasmissione delle immagini, la parte ricevente di un apparecchio telegrafico per la trasmissione dei telegrammi) e poi trasmesso al il destinatario.

La trasmissione delle informazioni è sempre accompagnata dagli inevitabili effetti di interferenze e distorsioni. Ciò porta al fatto che il segnale all'uscita del sistema di telecomunicazione e il messaggio ricevuto possono differire in una certa misura dal segnale all'ingresso s(t) e dal messaggio trasmesso a(t). Il grado di corrispondenza del messaggio ricevuto con quello trasmesso è chiamato accuratezza della trasmissione delle informazioni.

Per messaggi diversi, la qualità della loro trasmissione viene valutata in modo diverso. Il messaggio telefonico ricevuto deve essere sufficientemente leggibile e l'abbonato deve essere riconoscibile. Per un messaggio televisivo esiste uno standard (una tabella sullo schermo televisivo ben nota a tutti i telespettatori) in base al quale viene valutata la qualità dell'immagine ricevuta.

Una valutazione quantitativa dell'accuratezza della trasmissione di messaggi discreti è il rapporto tra il numero di elementi del messaggio ricevuti erroneamente e il numero di elementi trasmessi: la frequenza di errore (o tasso di errore).

Modulazione d'ampiezza

Tipicamente, come portante viene utilizzata un'oscillazione armonica ad alta frequenza, un'oscillazione portante. Il processo di conversione del segnale primario consiste nel modificare uno o più parametri della vibrazione del portante secondo la legge dei cambiamenti nel segnale primario (cioè dotare la vibrazione del portante dei segni del segnale primario) ed è chiamato modulazione.

Scriviamo l'oscillazione armonica scelta come portante nella seguente forma:

Questa oscillazione è completamente caratterizzata da tre parametri: ampiezza V, frequenza w e fase iniziale j. La modulazione può essere ottenuta modificando uno qualsiasi dei tre parametri secondo la legge del segnale trasmesso.

La variazione nel tempo dell'ampiezza dell'oscillazione della portante è proporzionale al segnale primario s(t), cioè V(t) = V + kAM s(t), dove kAM è il coefficiente di proporzionalità, è chiamata modulazione di ampiezza (AM).

L'oscillazione della portante con ampiezza modulata secondo la legge del segnale primario è pari a: v(t) = V(t)cos(wt + j). Se utilizziamo la stessa oscillazione armonica (ma con una frequenza W inferiore) s(t) = ScosWt come segnale primario, allora l'oscillazione modulata verrà scritta nella forma (per semplicità, viene preso j = 0): v(t ) = (V + kAMScosWt) coswt.

Togliamo V dalle parentesi e indichiamo DV = kAMS e MAM = = DV/V. Poi

Il parametro MAM = DV/V è chiamato profondità di modulazione dell'ampiezza. Con MAM = 0 non c'è modulazione e v(t) = v0(t), cioè otteniamo un'oscillazione della portante non modulata (2.1). In genere, l'ampiezza della portante viene scelta in modo che sia maggiore dell'ampiezza del segnale primario, quindi MAM è 1.

Nella fig. La Figura 6.3 mostra la forma del segnale trasmesso (a), l'oscillazione della portante prima della modulazione (b) e l'oscillazione della portante modulata in ampiezza (c).

Moltiplicando nella (6.2), otteniamo che l'oscillazione modulata in ampiezza

è costituito dalla somma di tre componenti armoniche con frequenze w, w + W e w – W e ampiezze V, MAMV/2 e MAMV/2, rispettivamente. Pertanto, lo spettro di un'oscillazione modulata in ampiezza (o oscillazione AM) è costituito dalla frequenza dell'oscillazione della portante e da due frequenze laterali, simmetriche rispetto alla portante, con le stesse ampiezze (Fig. 6.4, b). Lo spettro del segnale primario s(t) è mostrato in Fig. 6.4, a.

Se il segnale primario è complesso e il suo spettro è limitato da frequenze e (Fig. 6.4, c), allora lo spettro della vibrazione AM consisterà in una vibrazione portante e due bande laterali, simmetriche rispetto alla portante (Fig. 6.4, d ).

L'analisi delle relazioni energetiche mostra che la potenza principale della vibrazione AM è contenuta nella vibrazione portante, che non contiene informazioni utili. Le bande laterali inferiore e superiore trasportano le stesse informazioni e hanno una potenza inferiore.

Modulazione dell'angolo

È possibile modificare nel tempo in proporzione al segnale primario s(t) non l'ampiezza, ma la frequenza dell'oscillazione della portante:

dov'è il coefficiente di proporzionalità; Il valore è chiamato deviazione di frequenza (infatti, questa è la deviazione massima della frequenza del segnale modulato dalla frequenza di oscillazione della portante).

Questo tipo di modulazione è chiamata modulazione di frequenza. Nella fig. La Figura 6.5 mostra la variazione della frequenza portante durante la modulazione di frequenza.

Cambiando la fase dell'oscillazione della portante, otteniamo la modulazione di fase

dov'è il coefficiente di proporzionalità; – indice di modulazione di fase.

Esiste una stretta relazione tra la modulazione di frequenza e quella di fase. Immaginiamo la vibrazione del portatore nella forma

dove j è la fase iniziale dell'oscillazione e Y(t) è la sua fase totale. Esiste una relazione tra la fase Y(t) e la frequenza w:

. (6.6)

Sostituiamo nella (6.6) l'espressione (6.3) con w(t) con modulazione di frequenza:

Grandezza chiamato indice di modulazione di frequenza.

L’oscillazione modulata in frequenza verrà scritta nella forma:

L'oscillazione modulata in fase tenendo conto della (6.4) per j(t) è la seguente:

Dal confronto tra (6.7) e (6.8) ne consegue che dall'apparizione del segnale v(t) è difficile distinguere quale modulazione viene applicata: frequenza o fase. Spesso entrambi questi tipi di modulazione sono chiamati modulazione angolare e MFM e MFM sono chiamati indici di modulazione angolare.

La vibrazione portante sottoposta a modulazione angolare (6.7) o (6.8) può essere rappresentata come somma di vibrazioni armoniche:

Qui M è l'indice di modulazione angolare, assumendo il valore MFM per FM e MFM per PM. Le ampiezze armoniche in questa espressione sono determinate da alcuni coefficienti, i cui valori per vari argomenti sono riportati in apposite tabelle di riferimento. Maggiore è la M, più ampio è lo spettro dell'oscillazione modulata.

Pertanto, lo spettro di una portante modulata con modulazione angolare, anche con segnale primario armonico s(t), è costituito da un numero infinito di componenti discrete che formano le bande laterali inferiore e superiore dello spettro, simmetriche rispetto alla frequenza della portante e aventi le stesse ampiezze (Fig. 6.6).

Se il segnale primario s(t) ha una forma diversa da quella sinusoidale e occupa una banda di frequenza da a , allora lo spettro dell'oscillazione modulata durante la modulazione angolare avrà una forma ancora più complessa.

A volte la modulazione di un'oscillazione della portante armonica in ampiezza, frequenza o fase da parte di segnali primari discreti s(t), ad esempio telegrafici o di trasmissione dati, viene considerata separatamente. Nella fig. La Figura 6.7 mostra un segnale primario discreto (a), un'oscillazione della portante modulata in ampiezza (b), frequenza (c) e fase (d).

La modulazione dell'oscillazione della portante armonica da parte del segnale primario s(t) è detta continua, poiché come portante viene scelto un segnale periodico continuo.

Il confronto tra vari tipi di modulazione continua ci consente di identificarne le caratteristiche. Con la modulazione di ampiezza, l'ampiezza dello spettro del segnale modulato è, di regola, molto più piccola che con la modulazione angolare (frequenza e fase). In questo modo si risparmia nello spettro di frequenze: per i segnali modulati in ampiezza durante la trasmissione può essere assegnata una banda di frequenza più stretta. Come verrà mostrato in seguito, ciò è particolarmente importante quando si realizzano sistemi di trasmissione multicanale.

Modulazione degli impulsi

Spesso come portante viene utilizzata una sequenza periodica di impulsi relativamente stretti. Una sequenza di impulsi rettangolari dello stesso segno è caratterizzata dai seguenti parametri (Fig. 6.8): ampiezza dell'impulso V; durata (larghezza) degli impulsi; frequenza di ripetizione (o frequenza di clock), dove T è il periodo di ripetizione dell'impulso (); posizione (fase) degli impulsi rispetto ai punti di clock (di riferimento). Il rapporto è chiamato ciclo di lavoro.

Secondo la legge del segnale primario trasmesso, qualsiasi parametro elencato della sequenza di impulsi può essere modificato (modulato). In questo caso la modulazione si chiama impulso.

A seconda del parametro modulato dal segnale primario s(t), si distinguono: modulazione dell'ampiezza degli impulsi (APM), quando, secondo la legge del segnale trasmesso (Fig. 6.8, a), l'ampiezza degli impulsi cambia ( vedere Fig. 6.8, b); modulazione della larghezza dell'impulso (PWM), quando la larghezza dell'impulso cambia (Fig. 6.8, c); modulazione della frequenza degli impulsi (PFM) – la frequenza di ripetizione degli impulsi cambia (vedere Fig. 6.8, d); modulazione di fase degli impulsi (PPM) – la fase degli impulsi cambia, cioè posizione temporale relativa ai punti dell'orologio (vedere Fig. 6.8, d).

La modulazione PPM e PFM sono combinate nella modulazione tempo-impulso (TPM). Esiste una connessione tra loro, simile alla connessione tra la modulazione di fase e quella di frequenza di un'oscillazione sinusoidale.

Riso. 6.10. Spettro del segnale AIM

Come esempio in Fig. La Figura 6.10 mostra lo spettro del segnale AIM quando si modula una sequenza di impulsi con un segnale primario complesso s(t) con una banda di frequenza da 0 a W. Contiene lo spettro del segnale originale s(t), tutte le armoniche dell'orologio frequenza (cioè frequenza ecc.) e bande laterali attorno alle armoniche dell'orologio.

Gli spettri dei segnali PWM, PFM e PIM hanno un aspetto ancora più complesso.

Le sequenze di impulsi mostrate in Fig. 6.8 sono chiamate sequenze di impulsi video. Se il mezzo di distribuzione lo consente, gli impulsi video vengono trasmessi senza conversioni aggiuntive (ad esempio via cavo). Tuttavia, è impossibile trasmettere impulsi video tramite collegamenti radio. Successivamente il segnale viene sottoposto ad una seconda fase di conversione (modulazione).

Modulando un'oscillazione armonica della portante di frequenza sufficientemente elevata mediante impulsi video, si ottengono impulsi radio che possono propagarsi nell'aria. I segnali ottenuti come risultato della combinazione del primo e del secondo stadio di modulazione possono essere chiamati AIM-AM, PIM-AM, PIM-FM, ecc.

Un confronto tra i tipi di modulazione degli impulsi mostra che PIM ha un'ampiezza dello spettro inferiore rispetto a PWM e PIM. Tuttavia, questi ultimi sono più resistenti alle interferenze. Per giustificare la scelta del metodo di modulazione in un sistema di trasmissione, è necessario confrontare questi metodi in base a vari criteri: costi energetici per la trasmissione del segnale, immunità al rumore (capacità dei segnali modulati di resistere agli effetti dannosi delle interferenze), complessità dell'apparecchiatura, eccetera.

Domande di controllo

1. Qual è la struttura del dispositivo di trasmissione del messaggio?

2. Qual è il principio della modulazione di ampiezza (frequenza, fase)?

3. In cosa differisce la modulazione continua dalla modulazione pulsata?

4. Come viene ripristinato il segnale originale da quello modulato?

Bibliografia

1. Sistemi di telecomunicazioni: Manuale per le università; Ed. V.P.Shuvalova. – M.: Radio e comunicazioni, 1987. – 512 p.

2. Baskakov S.I. Circuiti e segnali di radioingegneria: libro di testo. – 3a ed., riveduta. e aggiuntivi – M.: Più in alto. scuola, 2000. – 462 pag.