La modulazione è un processo trasformazione di una o più caratteristiche dell'oscillazione modulante ad alta frequenza quando esposta ad un segnale di controllo a bassa frequenza. Di conseguenza, lo spettro del segnale di controllo si sposta nella regione delle alte frequenze, dove la trasmissione delle alte frequenze è più efficiente.

La modulazione viene eseguita allo scopo di trasmettere informazioni tramite. I dati trasmessi sono contenuti nel segnale di controllo. E la funzione portante è svolta da una vibrazione ad alta frequenza, chiamata portante. Nel ruolo delle oscillazioni portanti, possono essere utilizzate oscillazioni di varie forme: a dente di sega, rettangolari, ecc., Ma solitamente vengono utilizzate quelle armoniche sinusoidali. In base al tipo di caratteristica delle variazioni dell'oscillazione sinusoidale, si distinguono diversi tipi di modulazione:

Modulazione d'ampiezza

I segnali modulanti e di riferimento vengono trasmessi all'ingresso del dispositivo modulante, di conseguenza, in uscita abbiamo un segnale modulato. La condizione per una corretta conversione è considerata il doppio della frequenza portante rispetto al valore massimo del segnale in banda base. Questo tipo di modulazione è abbastanza semplice nell'esecuzione, ma ha una bassa immunità al rumore.

L'immunità sorge a causa della larghezza di banda stretta del segnale modulato. Viene utilizzato principalmente nelle gamme di media e bassa frequenza dello spettro elettromagnetico.

Modulazione di frequenza

Per effetto di questo tipo di modulazione, il segnale modula la frequenza del segnale di riferimento anziché la potenza. Pertanto, se l'ampiezza del segnale aumenta, quindi, di conseguenza, aumenta la frequenza. A causa del fatto che la larghezza di banda del segnale ricevuto è molto più ampia del valore del segnale originale.

Tale modulazione è caratterizzata da un'elevata immunità al rumore, tuttavia, per la sua applicazione, è necessario utilizzare la gamma delle alte frequenze.

Modulazione di fase

Durante questo tipo di modulazione, il segnale in banda base utilizza la fase del segnale di riferimento. Con questo tipo di modulazione il segnale risultante ha uno spettro abbastanza ampio, perché la fase viene ruotata di 180 gradi.

La modulazione di fase viene utilizzata attivamente per formare una comunicazione immune al rumore nella gamma delle microonde.

Come segnale portante possono essere utilizzate funzioni continue, rumori, una sequenza di impulsi, ecc.. Pertanto, nella modulazione a impulsi, una sequenza di impulsi stretti viene utilizzata come segnale portante e un segnale discreto o analogico funge da segnale modulante. Poiché il treno di impulsi è caratterizzato da 4 caratteristiche, si distinguono 4 tipi di modulazione:

- frequenza-impulso;

- larghezza di impulso;

- ampiezza-impulso;

- impulso di fase.

Tecniche di modulazione continua.

Metodi di conversione del segnale.

I segnali elettrici da trasmettere nei sistemi di telemeccanica, nella maggior parte dei casi, si trovano nella parte dello spettro a bassa frequenza (nell'intervallo da zero a diverse decine di hertz). La trasmissione diretta di questi segnali tra CP e CP è talvolta utilizzata nel cosiddetto sistemi di intensità, ma il raggio d'azione di tali sistemi è limitato e raramente supera diverse decine di metri, poiché i segnali a bassa frequenza sono più fortemente suscettibili alle interferenze quando vengono trasmessi su lunghe distanze. Poiché la larghezza di banda delle linee di comunicazione aeree di solito inizia da 0,5 kHz, per abbinare il segnale a bassa frequenza con la linea di comunicazione ad alta frequenza, lo spettro del segnale trasmesso viene trasferito alla regione ad alta frequenza.

Per questo, il segnale a bassa frequenza viene portato in corrispondenza biunivoca con uno dei parametri dell'oscillazione ad alta frequenza, chiamato vettore. Tale trasformazione dello spettro è chiamata modulazione, e il dispositivo che esegue la modulazione - modulatore Esistono metodi di modulazione continua, impulsiva e digitale.

Tecniche di modulazione continua.

Le tecniche di modulazione CW utilizzano una forma d'onda armonica continua generata da un generatore ad alta frequenza come portante. A seconda di quale particolare parametro dell'oscillazione della portante cambia in base alla variazione del segnale a bassa frequenza, si distinguono la modulazione di ampiezza (AM), la modulazione di frequenza (FM) e la modulazione di fase (PM).

Tenere conto ampiezza modulazione (fig.14.1). Sia un segnale di ingresso modulante (vedi Fig. 14.1, a) e un'oscillazione armonica portante (vedi Fig. 14.1, a), e la frequenza portante è molto più alta della frequenza del segnale di ingresso e le fasi iniziali e si presume siano zero. Come risultato della modulazione, l'ampiezza della forma d'onda portante viene associata al segnale modulante come segue:

dove è l'ampiezza del segnale portante; X- l'ampiezza del segnale in ingresso; - fattore di modulazione.

Allora l'espressione per il segnale modulato avrà la forma

Espandendo le parentesi, per il teorema del prodotto del coseno si ottiene

quelli. il segnale modulato è costituito da tre componenti con frequenze e, rispettivamente, con ampiezze e. Pertanto, la larghezza di banda della linea di comunicazione deve essere almeno 2 per tale segnale.

Riso. 14.1. Modulazione d'ampiezza: un- segnale di input; B- segnale modulato; v- rilevare

segnale coerente; G- schema a blocchi di conversione del segnale.

Se il segnale di ingresso è periodico con frequenza, ma ha una forma complessa, allora secondo la trasformata di Fourier può essere rappresentato come una somma di componenti armoniche con frequenze, ecc. Di conseguenza, nello spettro del segnale modulato appariranno componenti con frequenze eccetera. Con segnali di ingresso pulsati e non periodici questa serie risulta infinita, ma la potenza delle componenti armoniche superiori è molto piccola, ed in pratica lo spettro del segnale modulato può considerarsi limitato.

Pertanto, indipendentemente dalla forma del segnale, a seguito della modulazione, il suo spettro viene trasferito dalla regione delle basse frequenze alla regione delle alte frequenze: da frequenza a frequenza. La frequenza dell'oscillazione ad alta frequenza viene selezionata in base al tipo e alla larghezza di banda della linea di comunicazione. Di per sé, la vibrazione modulata non trasporta informazioni, quindi, quando viene ricevuta, viene convertita inversamente, evidenziando il segnale a bassa frequenza originale. Questa trasformazione si chiama demodulazione e il dispositivo corrispondente demodulatore.

Per demodulare le oscillazioni AM, il segnale viene fatto passare attraverso un rilevatore di ampiezza, che viene utilizzato come raddrizzatore a una o due onde. Di conseguenza, si ottiene un segnale demodulato, la cui forma (per un raddrizzatore a onda intera) è mostrata in Fig. 14.1, v. Questo segnale contiene una componente iniziale con una frequenza, per la quale viene utilizzato un filtro passa basso (LPF) con una risposta in frequenza corrispondente.

Uno svantaggio significativo del metodo di modulazione di ampiezza è la sua bassa immunità al rumore. Questo perché un segnale di interferenza con una frequenza sempre presente nella linea di comunicazione, sommato al segnale utile, cambia, prima di tutto, la sua ampiezza. E poiché l'ampiezza dell'oscillazione AM è un parametro informativo, dopo la demodulazione il segnale selezionato (vedi Fig. 14.1, G) differisce notevolmente dal segnale trasmesso.

Domande di controllo per la lezione 6

6-1. Come sono suddivisi i sistemi di trasmissione dati a seconda del mezzo di propagazione del segnale utilizzato in essi?

6-2. Cosa viene utilizzato come mezzo di trasmissione continua?

6-3. Cosa viene utilizzato come mezzo di trasmissione aperto?

6-4. Elencare i tipi di linee di comunicazione via cavo?

6-5. Cosa causa l'interferenza moltiplicativa?

6-6- Qual è la causa del rumore additivo interno?

6-7. Qual è la causa dell'interferenza additiva esterna?

6-8. Elencare i principali tipi di rumore additivo esterno?

6-9. Qual è la causa delle emissioni galvaniche?

6-10. Qual è la causa del pickup capacitivo?

6-11. Quali sono le cause del ritiro magnetico?

6-12. Qual è la causa delle interferenze elettromagnetiche?

6-13. Cosa viene utilizzato come secondo filo in una linea sbilanciata a terminazione singola?

6-14. Perché una linea unifilare si dice sbilanciata?

6-15. Disegna il circuito equivalente di una linea sbilanciata single-ended?

6-16- Perché c'è un'interferenza generale in una linea sbilanciata single-ended?

6-17. Quali sono i componenti di un'interferenza dall'aspetto normale?

6-18. A cosa serve il secondo cavo di segnale nel caso più semplice?

6-19. Perché l'installazione di un secondo cavo di segnale riduce significativamente il rilevamento magnetico?

6-20. In quali condizioni l'installazione di un secondo cavo di segnale attenua il pickup galvanico?

6-21. Come si possono fornire condizioni simmetriche per la trasmissione del segnale su entrambi i fili di una linea a due fili?

6-22. Perché attorcigliare i fili elimina virtualmente la componente magnetica dell'interferenza?

6-23. Quale strumento viene utilizzato per ridurre il pickup capacitivo?

6-24. Descrivere la struttura del cavo coassiale.

6-25. Quali sono i vantaggi del cavo coassiale rispetto al cavo bilanciato?

6-26- Cosa fornisce l'ampia larghezza di banda dei cavi coassiali?

6-27. Come viene distribuita la corrente operativa nei fili esterno e interno del cavo coassiale, a seconda della frequenza della corrente operativa?

6-28. Come viene distribuita la corrente di influenza nei fili esterno e interno del cavo coassiale a seconda della frequenza della corrente di influenza?

6-29. In che modo la dimensione del passo dei fili intrecciati nel doppino intrecciato influisce sull'indebolimento dell'interferenza?

6-30. Elencare gli elementi principali del percorso lineare FOCL.

6-31. Cos'è una fibra ottica?

6-32. Come avviene il trasferimento di energia direzionale nella fibra?

6-33. Cosa determina la natura della trasmissione della radiazione ottica attraverso la fibra?

6-34. Quali fenomeni ottici sono accompagnati dalla propagazione della luce lungo una fibra?

6-35. Cosa viene utilizzato come sorgenti luminose e ricevitori in FOCL?

6-36- Quali sono i principali vantaggi di SPT utilizzando FOCL?

6-37. Cosa sono i collegamenti a microonde in linea di vista?

6-38. In che modo gli RRL troposferici differiscono dagli RRL della linea di vista?

6-39. In che modo gli RRL satellitari differiscono dagli RRL troposferici?

6-40. In che modo il ripetitore satellitare differisce dai ripetitori utilizzati sui ponti radio convenzionali?

Lezione 7. Tecniche di modulazione continua e manipolazione

Quando si trasmettono informazioni su un canale continuo, viene utilizzato un determinato processo fisico, chiamato carrier o carrier.

Il modello matematico del vettore può essere una funzione del tempo l (t, A, B, ...) che dipende anche dai parametri A,B,….

Alcuni parametri di funzione sono fissati nelle condizioni di trasferimento date e quindi possono svolgere il ruolo di identificare i parametri, ad es. possono essere utilizzati per determinare l'appartenenza di un dato segnale ad una certa classe di segnali.

Altri parametri sono influenzati dal trasmettitore. Questo effetto su di essi è chiamato modulazione e questi parametri svolgono il ruolo di parametri informativi.

Nel caso generale, la modulazione è una mappatura dell'insieme dei possibili valori del segnale di ingresso sull'insieme dei valori del parametro informativo della portante. Il dispositivo di modulazione è chiamato modulatore. L'implementazione del segnale di ingresso agisce su un ingresso del modulatore x (t), dall'altro - un portatore di segnale l (t, A)... Il modulatore genera un segnale di uscita l (t, A), il cui parametro informativo cambia nel tempo in funzione del segnale trasmesso. In senso più stretto, la modulazione si riferisce all'effetto sulla portante, espresso nella moltiplicazione dell'informativo, es. parametro modulato da un fattore , dove h (t)- funzione modulante corrispondente all'implementazione x (t) segnale di ingresso, definito in modo che ½h (t) ½ £ 1, un m- fattore di modulazione.

Lo scopo principale della modulazione è trasferire lo spettro del segnale in un determinato dominio di frequenza per consentirne la trasmissione sul canale e aumentare l'immunità al rumore di trasmissione.

A seconda del tipo di portante utilizzata per la modulazione, si distinguono i tipi di modulazione continua e impulsiva. Con la modulazione continua, come portante viene utilizzata una forma d'onda armonica. La modulazione a impulsi utilizza una sequenza periodica di impulsi rettangolari come portante.

Considera i principi di base dei metodi di modulazione continua, quando una tensione armonica viene utilizzata come portante o portante o una tensione modulata, dove è l'ampiezza della tensione, è la frequenza della portante, è la fase iniziale (Fig. 2.7).

LikBez> Comunicazione radio

La prima esperienza di trasmissione di voce e musica via radio utilizzando il metodo della modulazione di ampiezza fu fatta nel 1906 dall'ingegnere americano R. Fessenden. La frequenza portante di 50 kHz del trasmettitore radio è stata generata da un generatore di macchina (alternatore); per la sua modulazione è stato acceso un microfono a carbone tra il generatore e l'antenna, modificando l'attenuazione del segnale nel circuito. Dal 1920, al posto degli alternatori sono stati utilizzati generatori a tubi sottovuoto. Nella seconda metà degli anni '30, con lo sviluppo delle onde ultracorte, la modulazione di ampiezza iniziò gradualmente a essere soppiantata dalle trasmissioni radiofoniche e dalle comunicazioni radio sulla modulazione di frequenza VHF. Dalla metà del 20 ° secolo, la modulazione a banda laterale singola (SSB) è stata introdotta nelle comunicazioni radioamatoriali e di servizio a tutte le frequenze, che presenta una serie di importanti vantaggi rispetto all'AM.

È stata sollevata la questione del trasferimento alla SSB e della trasmissione radiofonica, ma ciò richiederebbe la sostituzione di tutti i ricevitori di trasmissione con altri più complessi e costosi, pertanto non è stata eseguita. Alla fine del XX secolo, iniziò il passaggio alla trasmissione digitale utilizzando segnali con keying shift di ampiezza La modulazione (dal latino modulation-dimensionality, dimensionalità) è un cambiamento nel tempo secondo una data legge di parametri che caratterizza qualsiasi processo fisico stazionario. Il parametro di oscillazione (ampiezza, frequenza, fase) modificato nel corso della modulazione determina il nome della modulazione. Di conseguenza, ampiezza, frequenza, fase. È anche possibile una modulazione mista, ad esempio ampiezza-fase. Il segnale modulato è il risultato della sovrapposizione dell'oscillazione del segnale modulante con l'oscillazione della frequenza portante.

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

In termini di raggio d'azione, la modulazione AM perde rispetto a FM, come si può vedere dalla figura, l'ampiezza del segnale in alcuni punti nel tempo con AM è inferiore a quella con FM, quindi il raggio più corto. Per trasmettere la frequenza portante di un segnale radio convenzionale da AM, viene utilizzata una parte della potenza dell'apparecchiatura di trasmissione (circa il 50%). La via d'uscita che permette di aumentare il raggio di comunicazione in AM è il passaggio alla modulazione con una banda laterale, che permette di sfruttare tutta la potenza dell'apparato trasmittente per trasmettere solo il segnale utile. Esistono altri tipi di modulazioni, ma sono meno comuni o hanno un valore pratico.

La modulazione del segnale è il processo di modifica di un segnale in modo che corrisponda alla forma di un altro.
La modulazione viene eseguita per trasmettere dati utilizzando radiazioni elettromagnetiche. Tipicamente, un segnale sinusoidale (portante) viene modificato. Distinguere:
- modulazione d'ampiezza;
- modulazione di frequenza;

La modulazione è il processo mediante il quale 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 cambia l'ampiezza dell'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 la loro somma e differenza: Fc + Fm e Fc - Fm. Se l'onda in banda base è complessa, come un segnale vocale costituito da più frequenze, le somme e le differenze delle varie frequenze occuperanno due bande, una sotto e una sopra la frequenza portante. Sono chiamati lato superiore e inferiore. La banda superiore è una copia del segnale parlato originale, solo spostato dalla frequenza Fc. La banda inferiore è una copia invertita del segnale originale, ad es. gli alti nell'originale sono i bassi nella parte inferiore. Laterale inferiore è un'immagine speculare del laterale superiore in relazione alla frequenza portante Fc. Un sistema AM che trasmette sia lato che portante è noto come double sidebaud (DSB). La portante non contiene informazioni utili e può essere rimossa, ma con o senza portante, la larghezza di banda del segnale DSB è il doppio della larghezza di banda del segnale originale. Per restringere la striscia, è possibile spostare non solo il vettore, ma anche uno di quelli laterali, poiché portano le stesse informazioni. Questo tipo di operazione è noto come Single SideBand Suppressed Carrier (SSB-SC).
La demodulazione del segnale AM ​​si ottiene miscelando il segnale modulato con una portante della stessa frequenza del modulatore. Il segnale originale viene quindi ricevuto come frequenza (o larghezza di banda) separata e può essere filtrato da altri segnali. Quando si utilizza SSB-SC, la portante di demodulazione viene generata localmente e potrebbe non corrispondere in alcun modo alla frequenza della portante sul modulatore. La piccola differenza tra le due frequenze è la ragione del disadattamento di frequenza che è inerente ai circuiti telefonici.

Modulazione di ampiezza tramite 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, è consentito utilizzare la modulazione di frequenza (FM), ampiezza (AM) e banda laterale singola (SSB) nella banda C-Bi. Qual è la migliore modulazione per la comunicazione?

Prima di tutto, la tua modulazione deve corrispondere alla modulazione del tuo corrispondente. La stragrande maggioranza degli utenti CBC russi usa FM. Fornisce la migliore qualità del suono se il segnale del corrispondente è abbastanza forte. L'uso dell'FM consente di sopprimere la maggior parte dei tipi di rumore, che sono di natura di ampiezza. Lo svantaggio dell'FM è l'elevato livello di rumore del rilevatore in assenza di segnale, che richiede un'impostazione accurata della soglia di soppressione del rumore.

AM viene utilizzato per comunicazioni a media e lunga distanza quando il segnale del corrispondente è troppo debole per sfruttare FM. La portata massima di comunicazione quando si utilizzano AM e FM è praticamente la stessa.

La radio a banda laterale singola ha così grandi vantaggi rispetto a AM e FM che li ha completamente soppiantati nelle comunicazioni radio professionali e amatoriali. SSB è apparso nelle bande amatoriali negli anni Cinquanta. Nel 195b c'erano solo poche dozzine di stazioni radio amatoriali SSB nel mondo, nel 1961 il loro numero superava già le 20 mila. Il primo operatore sovietico a onde corte a iniziare 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 divulgare il lavoro in SSB.

Nel CB, la modulazione SSB è arrivata molto più tardi: all'estero - negli anni '90, in Russia - solo negli anni più recenti.

Il motivo principale per lo scarso utilizzo di SSB nella banda CB è il prezzo più elevato dei ricetrasmettitori SSB, che supera i prezzi delle stazioni AM / FM di 3-5 volte, il secondo motivo sono le peculiarità del funzionamento SSB, che richiedono un operatore più elevato titoli di studio.

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

Va tenuto presente che anche con l'accordatura fine, il suono della voce del corrispondente mentre si lavora in SSB rimane comunque innaturale, con un timbro specifico "sintetizzato", che tuttavia non interferisce con la ricezione delle informazioni.

Il principale vantaggio di SSB rispetto ad AM e FM è il guadagno in potenza del segnale utile irradiato, che è di 9 dB, o 8 volte. Secondo le regole adottate in Russia, la potenza portante della stazione radio C-Bi con modulazione AM e FM e la potenza di picco con modulazione SSB non deve superare i 10 W. Da dove viene il premio?

Con la modulazione SSB, la portante e una delle bande laterali non vengono emesse, il che consente di emettere tutta la potenza consentita come una banda laterale. La potenza che trasporta informazioni vocali utili con AM e FM è al massimo di 1,25 W e con SSB - tutti 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 di Sai Baba non si limitano a questo. Le stazioni AM e FM emettono costantemente la potenza della portante, indipendentemente dal fatto che tu parli dei suoni davanti al microfono o sia in silenzio. Le stazioni SSB non trasmettono alcuna potenza tra le parole. Oltre a risparmiare energia e facilitare la modalità dello stadio di uscita del trasmettitore, questo fornisce ulteriori vantaggi quando si lavora in un canale congestionato dalle stazioni. Quando si utilizzano le modulazioni AM o FM, l'inclusione di una stazione più potente "schiaccia" 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 debole. Riesce non solo a seguire la stazione, ma anche a catturare il significato del messaggio. In pratica, in tali casi, è possibile concordare il passaggio ad un'altra frequenza. Se il livello del segnale delle stazioni interferenti non supera di molto il livello di quello ricevuto e le frequenze di tutte le stazioni coincidono esattamente, capirai la maggior parte delle informazioni della stazione desiderata, proprio come capisci l'interlocutore quando parli con la conversazione persone. In pratica, però, le frequenze delle stazioni interferenti differiscono sempre da quella ricevuta, pertanto, a causa della violazione dei rapporti tra le componenti in 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 è vero, ovviamente, solo in caso di interferenza da altre stazioni SSB. Se la stazione che interferisce usa AM o FM, non c'è vantaggio per SSB.

È per questo motivo che gli utenti della gamma C-Bi, in cui non esiste separazione di frequenze per lavorare con diversi tipi di modulazione, concordano tra loro in quali canali possono essere utilizzati solo SSB. Quindi gli utenti CB in Europa hanno deciso di utilizzare preferenzialmente la banda D per SSB, lasciando la banda C per AM e FM.

Tutti i vantaggi elencati della modulazione SSB consentono, a parità di altre condizioni, di ottenere un raggio di comunicazione del 50-75% più lungo rispetto ad AM o FM.

6. Tipi di modulazione. Introduzione alla specialità

6. Tipi di modulazione

Principi di trasmissione del segnale di telecomunicazione

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 presentazione di un messaggio per la trasmissione da parte di un sistema di telecomunicazione.

La sorgente del messaggio (Fig. 6.1) genera un messaggio a (t) che, mediante appositi accorgimenti, viene convertito in un segnale elettrico s (t). Durante la trasmissione del parlato, tale trasformazione viene eseguita da un microfono, durante la trasmissione di un'immagine - un tubo a raggi catodici, durante la trasmissione di un telegramma - la parte trasmittente di un apparato telegrafico.

Per trasmettere un segnale in un sistema di telecomunicazione, è necessario utilizzare un qualche tipo di vettore. Come vettore, è naturale utilizzare quegli oggetti materiali che tendono a muoversi nello spazio, ad esempio un campo elettromagnetico nei fili (comunicazione via cavo), in uno spazio aperto (comunicazione radio), un raggio di luce (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 sul corrispondente mezzo di propagazione. La trasformazione inversa viene eseguita nel punto di ricezione. In alcuni casi (ad esempio, quando il mezzo di propagazione è una coppia di fili fisici, come nelle comunicazioni telefoniche cittadine), la conversione di segnale specificata può essere assente.

Il segnale consegnato al punto di ricezione deve essere convertito nuovamente in un messaggio (ad esempio, utilizzando un telefono o un altoparlante durante la trasmissione del parlato, un tubo catodico durante la trasmissione di un'immagine, una parte ricevente di un apparato telegrafico durante la trasmissione di un telegramma) e poi trasmessa al destinatario.

La trasmissione delle informazioni è sempre accompagnata dall'inevitabile effetto di interferenza e distorsione. 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 fedeltà del trasferimento delle informazioni.

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

Una stima quantitativa della fedeltà della trasmissione di messaggi discreti è il rapporto tra il numero di elementi del messaggio ricevuti erroneamente e il numero di elementi trasmessi - il tasso di errore (o tasso di errore).

Modulazione d'ampiezza

Di solito, una vibrazione armonica ad alta frequenza - una vibrazione portante - viene utilizzata come portante. Il processo di conversione del segnale primario consiste nel modificare uno o più parametri dell'onda portante secondo la legge di variazione del segnale primario (cioè nel conferire all'onda portante le caratteristiche del segnale primario) e si chiama modulazione.

Scriviamo la vibrazione armonica scelta come portatrice nella forma seguente:

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

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

L'onda portante con l'ampiezza modulata secondo la legge del segnale primario è: v (t) = V (t) cos (wt + j). Se come segnale primario si usa la stessa oscillazione armonica (ma con una frequenza minore W) s (t) = ScosWt, allora l'oscillazione modulata si scriverà come (per semplicità si prende 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 di ampiezza. A MAM = 0, non c'è modulazione e v (t) = v0 (t), cioè si ottiene la vibrazione portante non modulata (2.1). Tipicamente, l'ampiezza della portante è selezionata per essere maggiore dell'ampiezza del segnale primario, quindi MAM 1.

Nella fig. 6.3 mostra la forma del segnale trasmesso (a), le forme d'onda portanti prima della modulazione (b) e la forma d'onda portante modulata in ampiezza (c).

Moltiplicando in (6.2), si ottiene 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 della vibrazione modulata in ampiezza (o vibrazione AM) è costituito dalla frequenza della vibrazione 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 dalle frequenze e (Fig. 6.4, c), allora lo spettro della vibrazione AM sarà costituito da un'onda portante e due bande laterali, simmetriche rispetto alla portante (Fig. 6.4 , D).

L'analisi dei rapporti energetici mostra che la potenza principale dell'oscillazione AM è contenuta nell'oscillazione portante, che non contiene informazioni utili. Le bande laterali inferiore e superiore trasportano le stesse informazioni e hanno una potenza inferiore.

modulazione angolare

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

dove è il coefficiente di proporzionalità; il valore è detto deviazione di frequenza (questa è infatti la massima deviazione della frequenza del segnale modulato dalla frequenza dell'onda portante).

Questo tipo di modulazione è chiamato modulazione di frequenza. Nella fig. 6.5 mostra la variazione della frequenza dell'oscillazione della portante con modulazione di frequenza.

Quando si cambia la fase dell'oscillazione della portante, si ottiene la modulazione di fase

dove è il coefficiente di proporzionalità; È l'indice di modulazione di fase.

Esiste una stretta relazione tra frequenza e modulazione di fase. Rappresentiamo la vibrazione portante 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)

Sostituisci nell'espressione (6.6) (6.3) w (t) con modulazione di frequenza:

La grandezza chiamato indice di modulazione di frequenza.

L'oscillazione modulata in frequenza sarà scritta come:

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

Da un confronto di (6.7) e (6.8) segue che dalla comparsa del segnale v (t) è difficile distinguere quale modulazione viene applicata - frequenza o fase. Entrambi questi tipi di modulazione sono spesso chiamati modulazione angolare e MFM e MPM sono chiamati indici di modulazione angolare.

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

Qui M è l'indice di modulazione angolare, che assume il valore di MFM in FM e MFM in FM. Le ampiezze delle 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 della vibrazione modulata.

Pertanto, lo spettro di una portante modulata con modulazione angolare, anche con un segnale armonico primario 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 ed occupa una banda di frequenza da a, allora lo spettro dell'oscillazione modulata con modulazione angolare avrà una forma ancora più complessa.

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

La modulazione di un'onda portante armonica da parte del segnale primario s (t) è detta continua, poiché come portante viene selezionato un segnale periodico continuo.

Il confronto tra vari tipi di modulazione continua permette di individuarne le caratteristiche. Con la modulazione di ampiezza, l'ampiezza dello spettro del segnale modulato, di regola, è molto più piccola rispetto alla modulazione angolare (frequenza e fase). In questo modo si risparmia nello spettro di frequenza: per i segnali modulati in ampiezza, durante la trasmissione è possibile deviare una banda di frequenza più stretta. Come verrà mostrato di seguito, ciò è particolarmente importante quando si costruiscono sistemi di trasmissione multicanale.

Modulazione degli impulsi

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

Secondo la legge del segnale primario trasmesso, è possibile modificare (modulare) uno qualsiasi dei parametri elencati della sequenza di impulsi. In questo caso, la modulazione è chiamata impulso.

A seconda di quale parametro viene modulato dal segnale primario s (t), si distinguono: modulazione di ampiezza dell'impulso (AIM), quando, secondo la legge del segnale trasmesso (Fig. 6.8, a), l'ampiezza del gli impulsi cambiano (vedi Fig. 6.8, b); modulazione di larghezza di impulso (PWM), quando cambia la larghezza di impulso (Fig. 6.8, c); modulazione di frequenza degli impulsi (PFM) - la frequenza di ripetizione degli impulsi cambia (vedi Fig. 6.8, d); modulazione dell'impulso di fase (PPM) - la fase degli impulsi cambia, ad es. posizione temporale relativa ai punti dell'orologio (vedi Fig. 6.8, e).

La modulazione PPM e PFM sono combinate in un impulso temporale (PIM). C'è una relazione tra loro, simile alla relazione tra fase e modulazione di frequenza di un'onda sinusoidale.

Riso. 6.10. Spettro del segnale PIM

A titolo di esempio, Fig. 6.10 mostra lo spettro del segnale PIM quando si modula la 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 della frequenza di clock (cioè ecc.) e bande laterali intorno alle armoniche di clock.

Gli spettri dei segnali PWM, PFM e PPM sono ancora più complessi.

Le sequenze di impulsi mostrate in Fig. 6.8 sono chiamate sequenze di impulsi video. Se il mezzo di propagazione lo consente, gli impulsi video vengono trasmessi senza ulteriori trasformazioni (ad esempio via cavo). Tuttavia, è impossibile trasmettere impulsi video tramite collegamenti radio. Quindi il segnale viene sottoposto alla seconda fase di trasformazione (modulazione).

Modulando una vibrazione portante armoniosa di frequenza sufficientemente elevata con l'ausilio di impulsi video, si ottengono impulsi radio in grado di diffondersi nell'aria. I segnali ottenuti come risultato della combinazione del primo e del secondo stadio di modulazione possono avere i nomi AIM-AM, FIM-AM, FIM-FM, ecc.

Il confronto dei tipi di modulazione a impulsi mostra che l'AMM ha una larghezza di spettro più piccola rispetto a PWM e PPM. Tuttavia, questi ultimi sono più resistenti alle interferenze. Per giustificare la scelta del metodo di modulazione nel sistema di trasmissione, è necessario confrontare questi metodi secondo vari criteri: costi energetici per la trasmissione del segnale, immunità al rumore (la capacità dei segnali modulati di resistere agli effetti dannosi delle interferenze), complessità delle apparecchiature , eccetera.

Domande di controllo

1. Qual è la struttura del dispositivo di messaggistica?

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

3. Qual è la differenza tra modulazione continua e modulazione a impulsi?

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

Bibliografia

1. Sistemi di telecomunicazione: libro di testo per le università; ed. V.P. Shuvalov. - M .: Radio e comunicazione, 1987 .-- 512 p.

2. Baskakov S.I. Circuiti e segnali radio: libro di testo. - 3a ed., Rev. e aggiungi. - M.: Superiore. shk., 2000 .-- 462 p.