Metodi di modulazione

Vengono utilizzati vari tipi di modulazione per far corrispondere lo spettro dei segnali digitali con la larghezza di banda del canale. Esistono i seguenti tipi di modulazione: modulazione analogica, analogico-digitale e digitale-analogico.

La modulazione è il processo di conversione di un segnale di informazione in banda base in una forma adatta alla trasmissione su un canale corrispondente con una variazione dei parametri di un altro segnale portante. I parametri del segnale portante sono la sua ampiezza, frequenza, fase.

La modulazione analogica viene utilizzata per convertire un segnale informativo analogico in un altro segnale portante analogico. Quale dei parametri viene modificato, si ottengono i seguenti tipi di modulazione analogica.

Modulazione di ampiezza AM (modulazione di ampiezza) - il segnale di informazione è codificato come un cambiamento nell'ampiezza del segnale portante. Questo tipo di modulazione viene utilizzato nel sistema di radiodiffusione.

Modulazione di frequenza FM (modulazione di frequenza) - il segnale informativo è codificato come frequenza del segnale portante. Questo tipo di modulazione viene utilizzato nei sistemi di trasmissione televisiva e di comunicazione satellitare.

Modulazione di fase PM (modulazione di fase) - il segnale di informazione codifica sotto forma di un cambiamento nella fase (sfasamento) del segnale portante. Questo tipo di modulazione viene utilizzato negli stessi sistemi dell'FM. Modificando più parametri è possibile ottenere rispettivamente una modulazione ampiezza - fase o frequenza - fase.

Digitale: la modulazione analogica viene utilizzata per convertire i segnali digitali in forma analogica (ad esempio, nei modem).

Per i segnali digitali, la funzione di modulazione assume valori discreti (0,1) o (1, -1), il che porta a bruschi cambiamenti nei parametri del segnale portante. Questa modulazione è chiamata manipolazione.

Esistono i seguenti tipi di modulazione digitale-analogica:

Modulazione digitale-analogica con spostamento di ampiezza ASK (Amplitude Shift Keying) - il segnale informativo codifica i cambiamenti nell'ampiezza del segnale portante.

Frequency Shift Keying (FSK) - il segnale informativo codifica un cambiamento nella frequenza (time shift) del segnale portante. A seconda del numero di intervalli di spostamento utilizzati, questo metodo consente di rappresentare più bit di informazione con un segnale modulato.

Phase Shift Keying (PSK): il segnale informativo viene codificato modificando la fase (spostamento) del segnale portante. Distinguere tra modulazione di fase assoluta e relativa.

Con la modulazione di fase assoluta a due posizioni BPSK (Binary Phase Shift Keying), la fase dell'oscillazione modulata quando il segnale di ingresso è binario "0" coincide con il valore di fase del segnale di riferimento (portante), quando il segnale è binario "1 "è invertito.

Nel caso della modulazione di fase differenziale (DPSK), la fase della forma d'onda di corrente non cambia rispetto alla forma d'onda di riferimento, ma piuttosto rispetto alla fase del burst precedente.

Per aumentare la portata delle informazioni, è ampiamente utilizzata la modulazione di fase multiposizione con 4, 8 e 16 sfasamenti. Con la modulazione a 4 posizioni, la sequenza di bit viene combinata in due bit (in dibit) utilizzando le differenze di fase dei messaggi adiacenti 0º, 90º, 180º, 270º.

Con la modulazione a 8 posizioni, il flusso è diviso in 3 bit (tributari) e con la modulazione a 16 posizioni, quattro bit (quadbit). Gli angoli di fase tra i vettori nel primo caso differiscono di 45º, nel secondo di 22,5º.

I diagrammi di fase delle frequenze sono chiamati segnali di costellazione. Per ottenere oscillazioni modulate con uno sfasamento del segnale superiore a due, vengono utilizzati due segnali, sfasati di 90 0, ad es. quadrato. In questo caso si parla di QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).

La velocità di informazione per la trasmissione multiposizione aumenta di log m volte, cioè se m = 4 (codifica a quattro posizioni) la velocità di trasmissione è 2 volte superiore, per m = 16 (codice a 16 posizioni) la velocità aumenta di quattro volte.

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) - il segnale informativo codifica la variazione dell'ampiezza e della fase del segnale portante.

Allo stesso tempo, vengono utilizzate due oscillazioni armoniche, sfasate di 90 0.

Nel trasmettitore, una delle componenti della frequenza portante in fase, la seconda è in quadratura rispetto all'oscillazione. In altre parole, ci sono portatori coseno e seno (quadratura). Con questa modulazione gli stati del segnale portante possono essere descritti da diverse ampiezze e fasi.

La Figura 1.13 mostra una modulazione portante a quattro livelli.

Figura 1.13

Sul piano, il processo di codifica può essere rappresentato tracciando lungo l'ordinata le ampiezze dell'oscillazione in fase nel sistema cartesiano e lungo l'ascissa le ampiezze della componente in quadratura. Di conseguenza, risulta che ogni variante delle ampiezze di modellazione corrisponde a un certo punto sul piano del segnale. Se ora il flusso di informazioni digitali viene suddiviso in blocchi di lunghezza fissa e ad ogni valore della sequenza di bit viene assegnata una certa ampiezza di queste componenti, tenendo conto del segno, otterremo una corrispondenza biunivoca tra i punti di segnale sul piano e la sequenza di bit in ingresso. Questo è rappresentato graficamente come un cosiddetto segnale di costellazione. La corrispondenza tra i gruppi di bit ei punti della costellazione è scelta in modo tale che i punti vicini differiscano nel numero minimo di bit, inoltre, nei bit più significativi. Il metodo di codifica QAM8 è caratterizzato da otto possibili modelli di bit.

La Figura 1.14 mostra la costellazione dello specchio e la Tabella 1.9 definisce gli stati per questa codifica.

Figura 1.14

Tabella 1.9

La Figura 1.15 mostra la costellazione dello specchio nella codifica QAM - 16.

Trellis Coded Modulation (TCM) - Simile a QAM, ma nel segnale trasmesso è incluso un bit aggiuntivo per la correzione degli errori.

Figura 1.15

Carrier less Amplitude and Phase Modulation (CAP) si basa sul fatto che la trasmissione di due bande laterali di un segnale modulato è ridondante in senso informativo. Trasmettendo le informazioni utilizzando una banda laterale, la potenza del segnale e la larghezza di banda possono essere utilizzate in modo più efficiente. Quando si formano i segnali CAP sul lato trasmittente, prima di essere sommate nel modulatore, le componenti in fase e in quadratura sono soggette a un filtraggio aggiuntivo. La demodulazione dei segnali CAP lato ricevente viene effettuata effettuando una preliminare ricostruzione della portante. È una forma adattiva del codice QAM. Questo metodo consente di regolare i valori dei simboli, tenendo conto delle condizioni della linea (ad esempio rumore) all'inizio della connessione.

La modulazione multitono discreta (DMT) utilizza la trasmissione simultanea di segnali QAM in diverse bande di frequenza. L'intera gamma di frequenze è suddivisa in diverse sezioni di larghezza fissa. Ognuna di queste sezioni viene utilizzata per organizzare un canale di trasmissione dati indipendente. Il trasmettitore, tenendo conto del livello di interferenza in ciascuna delle sezioni, seleziona uno schema di modulazione. Se il sito ha un basso livello di rumore, viene utilizzato un algoritmo con un numero elevato di posizioni, ad esempio QAM-64. Nelle aree più rumorose vengono utilizzati algoritmi più semplici, ad esempio QPSK. Durante la trasmissione dei dati, le informazioni vengono distribuite tra i canali in proporzione alla loro larghezza di banda.

Il metodo DMT è specificato nello standard T1.413 sviluppato dall'American National Standards Institute (American National Standards Institute), in base al quale nel canale sono specificati 256 sottocanali, la larghezza di banda di ciascun sottocanale è 4,3125 kHz. Ciascun sottocanale è modulato in modo indipendente utilizzando la tecnica di modulazione QAM discreta. Il segnale viene trasmesso utilizzando corrente continua con una larghezza di banda di 1,104 MHz; il throughput teorico per dati a 1,104 MHz è 16,384 Mbps. Il DMT è stato adottato dal comitato ANSI come standard di codifica per i collegamenti T1 ed è utilizzato nei sistemi di segnalazione ADSL.

Il multiplexing a divisione di frequenza ortogonale (OFDM) è un caso speciale del metodo di trasmissione DMT. L'essenza del metodo OFDM è che il flusso di dati trasmesso è distribuito su molti sottocanali di frequenza e la trasmissione viene eseguita in parallelo su tutti questi sottocanali. Grazie a questa trasmissione simultanea si ottengono elevate velocità di trasmissione. Per risparmiare l'uso dell'intera larghezza di banda del canale, suddivisa in sottocanali, è opportuno disporre i sottocanali il più vicino possibile. Nelle reti, la gamma di frequenza di 5,2 GHz è suddivisa in 12 canali non sovrapposti con una larghezza di banda di 20 MHz. Ciascuno dei canali è suddiviso in 64 sottocanali con una larghezza di banda di 912,5 kHz. 48 sottocanali sono utilizzati per la trasmissione dei dati. Quattro sono usati per trasmettere oscillazioni di riferimento e 6 sottocanali a destra ea sinistra servono come bande di guardia. Qualsiasi canale può trasmettere a 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 o 54 Mbps. Questo è determinato dal metodo scelto di modulazione di fase o ampiezza-fase con BPSK - 6 Mbps, con QPSK - 12 Mbps, con QAM - 16 - 24 Mbps, con QA_-64 - 54 Mbps.

La modulazione analogico-digitale viene utilizzata per convertire i segnali analogici in forma digitale adatta alla trasmissione su canali di comunicazione digitali (DS - Digital Service).

Esistono i seguenti tipi di tale modulazione:

1. Delta - modulazione DM (modulazione delta) - un segnale analogico è rappresentato da una sequenza di bit, i cui valori sono determinati dalla variazione del livello del segnale analogico rispetto al valore precedente.

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). Quando si trasmette il parlato, tale trasformazione viene eseguita da un microfono, quando si trasmette un'immagine - un tubo a raggi catodici, quando si trasmette 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 speciali 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 armonica 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

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Tipi di modulazione analogica

dove A 0, ω 0 = 2πf 0, - rispettivamente ampiezza, frequenza angolare e fase iniziale della portante; k = LA m / LA 0 - il fattore di proporzionalità tra il segnale modulante e le variazioni di ampiezza dell'oscillazione AM o fattore di modulazione; un m= 2πF φ- ampiezza, frequenza angolare e fase iniziale dell'oscillazione modulante; T - volta.

Nella fig. 5.2 è un grafico delle oscillazioni AM in funzione del tempo, che mostra che l'inviluppo ha la forma di un'oscillazione modulante armonica.

L'espressione (5.1) può essere trasformata nella forma (per semplicità si omettono le fasi iniziali)

Questa forma di registrazione mostra che, oltre alla portante, lo spettro dell'oscillazione modulata contiene due componenti laterali con un'ampiezza proporzionale all'indice di modulazione e con frequenze sopra e sotto la portante alla frequenza di modulazione Ω = 2πF (Fig.5.3). L'ampiezza dello spettro di un tale segnale AM ​​è

Se la forma d'onda modulante a bassa frequenza è complessa, lo spettro della forma d'onda modulata conterrà, oltre alla portante, due bande laterali: una superiore e una inferiore. Rappresentano lo spettro del segnale in banda base trasferito al dominio della frequenza portante rispettivamente senza variazione e con inversione. Per determinare l'intera larghezza dello spettro delle oscillazioni AM in questo caso si sostituisce in (5.3) la frequenza massima dello spettro dell'oscillazione modulante.

Il diagramma vettoriale del segnale modulato è molto chiaro (Fig. 5.4). La forma d'onda portante viene visualizzata come un vettore

Riso. 5.2 Grafico delle oscillazioni AM Fig. 5.3 Spettro delle oscillazioni AM

ruotando in senso antiorario a velocità costante ω 0 radianti al secondo. Le componenti laterali, a loro volta, sono rappresentate dai vettori / 2 e / 2, simmetrici rispetto al primo vettore e fissati alla sua estremità. Essi

ruotare in senso antiorario e orario con un tasso di modulazione angolare , muovendosi con il vettore portante. Il vettore risultante della vibrazione modulata cambia la sua lunghezza a seconda della posizione dei due vettori simmetrici, la frequenza della sua rotazione rimane costante.

La potenza di oscillazione AM dipende dalla profondità di modulazione. La potenza del vettore è costante e proporzionale. La potenza di ciascuna componente laterale è proporzionale al quadrato della sua ampiezza, cioè alla sua grandezza.

Con la modulazione più profonda (k = 1), la potenza dell'oscillazione AM (uguale alla somma delle potenze di tutte e tre le componenti) è solo una volta e mezza maggiore della potenza dell'oscillazione non modulata. In pratica il valore medio del fattore di modulazione di ampiezza non supera 0,5 al fine di ridurre la probabilità di sovramodulazione ai valori di picco della funzione modulante.

Per aumentare l'efficienza e l'utilizzo del trasmettitore e risparmiare la larghezza di banda occupata dal segnale modulato, non è possibile trasmettere l'intero spettro, ma una banda laterale dell'oscillazione AM. In questo caso, il vettore e l'altro lato vengono soppressi. Questa modulazione è chiamata AM a banda laterale singola (SSB). Va notato che in senso stretto si tratterà già di un'oscillazione con modulazione ampiezza-fase complessa.

Esistono i seguenti tipi di modulazione di ampiezza:

AM bidirezionale (doppia banda laterale - DSB);

Portante soppressa a doppia banda laterale (DSBSC);

Banda laterale singola AM (banda laterale singola);

Single Sideband Soppressed Carrier (SSBSC) in banda laterale inferiore - LSB e banda laterale superiore - USB;

AM con una delle bande laterali parzialmente soppressa (Vestigal Sideband - VSB);

AM con due bande laterali indipendenti (Independend Single Sideband - ISSB).

Un altro modo per aumentare l'efficienza AM è l'uso dell'AM dinamico (DAM), in cui la potenza della portante è regolata in base all'ampiezza dell'oscillazione modulante.

La modulazione di ampiezza e le sue varietà hanno trovato applicazione principalmente nelle trasmissioni radiofoniche e televisive. Nelle bande LW e MW, viene utilizzata AM a due bande, nelle bande HF e VHF - AM a banda singola. Nella gamma VHF dei sistemi TV, per trasmettere il segnale dell'immagine (componente di luminanza) viene utilizzata la AM con una banda laterale parzialmente soppressa e una sorta di modulazione bilanciata, la cosiddetta quadratura AM, per trasmettere i segnali di differenza di colore in i sistemi PAL_ e NTSC. Il principio AM SSB viene utilizzato per formare gruppi di canali in sistemi di comunicazione multiplex a divisione di frequenza multicanale. Inoltre, questo tipo di modulazione viene utilizzato nei sistemi di comunicazione mobile e per la comunicazione con gli aerei (118 ... 136 MHz).

Modulazione di frequenza (FM)è un caso speciale di modulazione angolare. In FM, il parametro variabile è la frequenza portante, ad es. in ogni istante la sua deviazione dal suo valore nominale è proporzionale al livello del segnale modulante. Nel caso di un'oscillazione modulante armonica, la frequenza istantanea

dove è l'ampiezza della deviazione della frequenza portante dalla deviazione nominale o di frequenza.

La fase istantanea totale è legata alla sua frequenza istantanea attraverso l'integrale

La grandezza

chiamato indice di modulazione di frequenza. Per un segnale modulante complesso, la frequenza massima del suo spettro è sostituita in (5.6). Un'espressione analitica per il segnale FM U (t) è scritta come segue:

Riso. 5.5 Grafico oscillazioni FM Fig. 5.6 Spettro del segnale FM

Il grafico del segnale FM è mostrato in Fig. 5.5.

Lo spettro delle oscillazioni FM con modulazione monotonale può essere ottenuto rappresentando l'oscillazione (5.7) sotto forma di una serie trigonometrica infinita

dove è la funzione di Bessel speciale di ordine n dell'argomento X. Per un argomento fisso, la funzione di Bessel decresce in valore assoluto con ordine crescente, e per m> n ha un piccolo valore. Pertanto, in pratica, si limitano a considerare un numero finito di componenti dello spettro.

Lo spettro delle oscillazioni FM con modulazione da un segnale armonico è mostrato in Fig. 5.6.

Distinguere tra banda larga T() e banda stretta T() modulazione di frequenza. Nel primo caso, di norma, vengono presi in considerazione i componenti con numeri n... Ciò corrisponde all'ampiezza dello spettro delle oscillazioni FM con modulazione armonica in cui è concentrato il 99% dell'energia del segnale.

Con piccoli indici della Coppa del Mondo (da 1 a 2,5), dovresti usare

formula

Al di fuori di questa banda, l'ampiezza dei componenti è 100 volte inferiore all'ampiezza della portante non modulata

A T L'oscillazione FM (5.7) è approssimativamente descritta come

quelli. si può ipotizzare che lo spettro di un tale segnale modulato in frequenza contenga solo la portante e due componenti laterali distanziate da essa dalla frequenza di modulazione. Tuttavia, a differenza della modulazione di ampiezza, la seconda banda laterale ha uno sfasamento di π radianti.

Il diagramma vettoriale in questo caso ha la forma mostrata in Fig. 5.7. A differenza delle oscillazioni AM, la somma dei vettori di oscillazione laterale è perpendicolare al vettore di oscillazione del vettore, il che porta all'accelerazione e alla decelerazione della rotazione del vettore risultante. La lunghezza di questo vettore, che rappresenta l'ampiezza dell'oscillazione modulata, varia in modo insignificante, il che è associato alle approssimazioni ammesse. Nel caso generale, verrà aggiunto un numero maggiore di vettori e la fine del vettore risultante, quando oscilla, si sposterà lungo un arco di cerchio, ad es. la lunghezza del vettore risultante non cambierà.

Poiché lo spettro del segnale FM è più ampio rispetto a quello AM, l'immunità al rumore di tale modulazione è maggiore. FM è utilizzato a causa della sua banda larga, principalmente nella gamma di metri e onde più corte. La Narrow Frequency Modulation (NFM) viene utilizzata nei sistemi di comunicazione mobile e la Wide Frequency Modulation (WFM) viene utilizzata nelle trasmissioni radiofoniche e televisive. In una trasmissione stereo, il segnale in banda base ha una sottoportante con modulazione aggiuntiva a seconda dello standard di trasmissione. Inoltre, FM con è stato ampiamente utilizzato nei sistemi di comunicazione radio e satellitare, la modulazione della portante è stata effettuata da un segnale di gruppo a banda larga, ma al momento tali segnali sono praticamente soppiantati da quelli digitali.

Nel radar, FM viene utilizzato come intra-impulso nelle varianti di FM lineare, simmetrico, a zigzag, ecc.

Modulazione di fase (PM)è anche un caso speciale di modulazione angolare. L'oscillazione modulata in frequenza discussa sopra è allo stesso tempo modulata in fase. Tuttavia, con la modulazione di fase, il cambiamento di fase, non di frequenza, deve coincidere con la legge di cambiamento nell'oscillazione modulante. Nel caso di un'oscillazione modulante sinusoidale, la rappresentazione analitica dell'oscillazione FM ha la forma

dove è l'ampiezza della deviazione (deviazione) della fase.

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

Il confronto tra (5.7) e (5.12) mostra che l'indice di modulazione di frequenza è influenzato dall'ampiezza della deviazione di fase, misurata in radianti. Tuttavia, con i moduli di frequenza, l'indice di modulazione è inversamente proporzionale alla frequenza di modulazione e, con la deviazione di fase, la fase è fissa e non dipende dalla frequenza di modulazione.

Lo spettro di una forma d'onda armonica modulata in fase sarà lo stesso di quello di un segnale modulato in frequenza se gli indici di modulazione sono gli stessi. Quando lo spettro del segnale PM conterrà una portante e due componenti laterali, distanziate dalla portante dalla frequenza di modulazione. L'unica differenza rispetto allo spettro del segnale AM ​​è che le componenti laterali sono sfasate di 90°.

Ad alti indici di modulazione, l'ampiezza dello spettro del segnale FM dovrebbe essere calcolata utilizzando le formule per i segnali FM. L'ampiezza dello spettro in entrambi i casi è determinata dalla deviazione di frequenza. Ma va notato che con un aumento della frequenza di modulazione del segnale FM, l'ampiezza dello spettro rimarrà la stessa con un numero inferiore di componenti spettrali e, con FM, l'ampiezza dello spettro aumenterà con lo stesso numero di queste componenti.

Il diagramma FM vettoriale non differisce dal diagramma FM vettoriale. È solo necessario tenere presente che FM è determinato dalla deviazione angolare del vettore risultante dalla posizione del vettore della frequenza portante e FM dalla velocità di questa deviazione, ad es. derivata di fase rispetto al tempo. La modulazione di fase viene utilizzata principalmente nei sistemi di radionavigazione.

Tipi di modulazione

La modulazione è il processo di controllo di uno o più parametri delle oscillazioni ad alta frequenza secondo la legge del messaggio trasmesso. La modulazione può anche essere pensata come il processo di sovrapposizione di una forma d'onda su un'altra. Il segnale trasmesso si chiama modulante, il segnale ad alta frequenza controllato si chiama modulato. La frequenza del segnale modulante deve essere di uno o più ordini di grandezza inferiore a quella modulata.

I metodi di modulazione possono essere classificati secondo tre criteri, a seconda di:

- dal parametro controllato del segnale ad alta frequenza: ampiezza (AM), frequenza (FM) e fase (FM);

- il numero di gradini di modulazione: uno, due, tre gradini;

- il tipo del messaggio trasmesso - (analogico, digitale o impulsivo) - continuo, con un brusco cambiamento del parametro controllato (tale modulazione è chiamata manipolazione) e impulsivo.

La descrizione dei segnali modulati è possibile nell'ambito di metodi temporali e spettrali. Per la ricezione non distorta di un segnale modulato, la larghezza di banda di tutti i percorsi ad alta frequenza del trasmettitore e del ricevitore radio deve essere uguale o maggiore della larghezza dello spettro del segnale emesso. Lo spettro del segnale modulato non deve invece superare la banda di emissione ammissibile assegnata a questo canale (Fig. 19.1).

Riso. 19.1. Larghezza di banda di emissione consentita dello spettro del segnale modulato

Le emissioni che si trovano al di fuori della banda di emissione assegnata sono chiamate emissioni fuori banda. Il loro livello non deve superare un determinato valore rigorosamente standardizzato. In caso contrario, questo canale di comunicazione interferirà con altri canali.

L'ampiezza dello spettro del segnale modulato ad alta frequenza Df c p dipende sia dallo spettro del messaggio trasmesso che dal tipo di modulazione. Il parametro che caratterizza il segnale modulato, permettendo di confrontare diversi tipi di modulazione, è la base del segnale:

В = TDf c п, (19.1)

dove T è la durata dell'elemento segnale.

Nella trasmissione di messaggi analogici, la frequenza superiore del suo spettro, F, è associata al parametro T, che viene interpretato come il tempo dell'intervallo di conteggio, dalla relazione T = l / (2F) e quindi (19.1) assume la forma :

B = Df c p / (2F). (19.2)

Quando si trasmettono informazioni digitali da un codice binario composto da 1 e 0 logici, a una velocità V pari al numero di chip trasmessi (bit) al secondo (bit / s = baud), il valore di T viene interpretato come la durata di un chip T = 1 / V, ed ecco perché:

B = Df c p / V. (19.3)

Con B = 1, il segnale modulato in alta frequenza è chiamato banda stretta, con B> 3 ... 4 - banda larga. Secondo questa definizione, a seconda del tipo di segnale utilizzato, il sistema di ingegneria radio nel suo insieme è chiamato banda stretta o banda larga.

Con la modulazione di ampiezza il segnale è sempre a banda stretta; a frequenza (a seconda del parametro di deviazione della frequenza che lo caratterizza) - stretto o a banda larga. Il tipo di modulazione e il valore del parametro B hanno un effetto significativo sull'immunità ai disturbi del sistema di ingegneria radio e sull'ottenimento del rapporto segnale-rumore richiesto nel ricevitore radio.

Un esempio di segnali modulati della stessa potenza, ma con differenti larghezze spettrali è mostrato in Fig. 19.2.

Riso. 19.2. Un esempio di segnali modulati della stessa potenza con diverse larghezze spettrali

Consideriamo cosa ha causato la necessità di utilizzare la modulazione a due stadi e in alcuni casi anche a tre stadi. Sia richiesto di trasmettere messaggi da più sorgenti a una frequenza portante f portante. Per poter separare i messaggi ricevuti nel radioricevitore procedere come segue. Ciascuno dei messaggi modula prima la sua singola portante, chiamata in questo caso sottoportante (Fig. 19.3).

Per effettuare una trasmissione efficiente dei segnali in qualsiasi ambiente, è necessario trasferire lo spettro di questi segnali dalla regione delle basse frequenze alla regione delle frequenze sufficientemente alte. Questa procedura è chiamata modulazione in ingegneria radio.

L'essenza della modulazione è la seguente. Si forma una certa oscillazione (il più delle volte armonica), chiamata onda portante o semplicemente portante, e uno qualsiasi dei parametri di questa oscillazione cambia nel tempo in proporzione al segnale originale. Il segnale originale è chiamato modulante e la forma d'onda risultante con parametri variabili nel tempo è chiamata segnale modulato. Il processo inverso - separare il segnale modulante dalla forma d'onda modulata - è chiamato demodulazione.

Classificazione dei tipi di modulazione:

1) dal tipo di segnale informativo (segnale modulante);

Modulazione continua (segnale analogico);

Modulazione discreta (segnale discreto);

2) dal tipo di portante (o frequenza portante)

Armonico (segnale sinusoidale);

Impulso (impulso periodico rettangolare).

3) dalla forma dei parametri della frequenza portante, che subiscono variazioni sotto l'influenza del segnale informativo.

Modulazione d'ampiezza;

Modulazione di frequenza;

modulazione di fase;

modulazione della latitudine;

Modulazione dell'ampiezza dell'impulso (Figura 1.1).

Figura 1.1 - Tipi di modulazione

Segnale armonico generale:

S (t) = A cos (ω 0 t + φ 0).

Questo segnale ha tre parametri: ampiezza A, frequenza 0 e fase iniziale φ 0. Ad ognuno di essi può essere associato un segnale modulante, ottenendo così tre principali tipologie di modulazione: ampiezza, frequenza e fase. La modulazione di frequenza e di fase sono strettamente correlate poiché entrambe influenzano l'argomento della funzione cos. Pertanto, questi due tipi di modulazione hanno un nome comune: angolare

modulazione.

Attualmente, esistono sempre più informazioni trasmesse attraverso vari canali di comunicazione in forma digitale. Ciò significa che la trasmissione non è un segnale in banda base continuo (analogico), ma una sequenza di numeri interi P 0 , P 1, P 2 , ..., che può assumere valori da qualche insieme finito fisso. Questi numeri, detti simboli, provengono da una fonte di informazione con periodo T, e la frequenza corrispondente a questo periodo è chiamata symbol rate: F T = 1 / T.

Un'opzione comunemente usata in pratica è il binario una sequenza di caratteri quando ciascuno dei numeri n io può assumere uno dei due valori - 0 o 1.

La sequenza dei simboli trasmessi è ovviamente un segnale discreto. Poiché i simboli assumono valori da un insieme finito, anche questo segnale è effettivamente quantizzato, cioè può essere chiamato digitale segnale.

Un approccio tipico per realizzare la trasmissione di una sequenza discreta di simboli è il seguente. Ciascuno dei possibili valori del simbolo è associato a un determinato insieme di parametri dell'onda portante. Questi parametri vengono mantenuti costanti durante l'intervallo T, cioè fino all'arrivo del simbolo successivo. Questo in realtà significa convertire una sequenza di numeri { n K } al segnale di passo S n (T) utilizzando l'interpolazione costante a tratti:

S n (t) = f (n K ), kT

Qui f è una funzione di trasformazione. Segnale ricevuto S n (T) viene quindi utilizzato come segnale modulante nel modo consueto.

Questo metodo di modulazione, quando i parametri dell'oscillazione della portante cambiano bruscamente, è chiamato manipolazione... A seconda di quali parametri vengono modificati, ci sono ampiezza (AM), fase (FM), frequenza (FM). Inoltre, durante la trasmissione digitale

informazioni, è possibile utilizzare una vibrazione portante di forma diversa

da armonico. Pertanto, quando si utilizza una sequenza di impulsi rettangolari come oscillazione portante, è possibile la modulazione dell'ampiezza dell'impulso (AIM), della larghezza dell'impulso (PWM) e del tempo dell'impulso (VIM). SCOPO - la modulazione dell'ampiezza dell'impulso consiste nel fatto che l'ampiezza della portante dell'impulso cambia secondo la legge di variazione dei valori istantanei del segnale primario.

PFM - Modulazione della frequenza degli impulsi. Secondo la legge di variazione dei valori istantanei del segnale primario, la frequenza di ripetizione dell'impulso portante cambia.

VIM - modulazione tempo-impulso, in cui il parametro informativo è l'intervallo di tempo tra l'impulso di sincronizzazione e quello informativo.

PWM - Modulazione dell'ampiezza dell'impulso. Consiste nel fatto che secondo la legge di variazione dei valori istantanei del segnale modulante, cambia la durata degli impulsi portanti.

FIM - modulazione dell'impulso di fase, differisce da FIM per il metodo di sincronizzazione. Lo sfasamento dell'impulso portante non cambia rispetto all'impulso di sincronizzazione, ma rispetto a una certa fase condizionale.

PCM - Modulazione del codice a impulsi. Non può essere considerato come un tipo separato di modulazione, poiché il valore della tensione di modulazione è rappresentato sotto forma di parole di codice.

SIM - modulazione conteggio impulsi. È un caso speciale di PCM, in cui il parametro informativo è il numero di impulsi nel gruppo di codici.

A ampiezza shift keying un singolo carattere viene trasmesso dal riempimento RF e uno zero da nessun segnale. Un segnale manipolato in ampiezza è descritto dall'espressione:

dove può assumere il termine di ampiezza m valori discreti e il termine di fase φ È una costante arbitraria. Il segnale AM ​​rappresentato nella Figura 1.2 (c) può corrispondere a una trasmissione radio che utilizza due segnali, le cui ampiezze sono uguali a 0 e.

Amplitude Shift Keying è il più semplice, ma allo stesso tempo il meno immune al rumore e attualmente non è praticamente utilizzato.

A modulazione di frequenza discreta(FM, FSK – Frequency Shift Keying) i valori di 0 e 1 del bit di informazione corrispondono alle proprie frequenze del segnale fisico, mentre la sua ampiezza rimane invariata. L'espressione analitica generale per un segnale con chiave a spostamento di frequenza è la seguente:

Qui la frequenza ω io può assumere M valori discreti e la fase φ è una costante arbitraria. Una rappresentazione schematica del segnale FM è mostrata in Figura 1.2 b, dove è possibile osservare una tipica variazione di frequenza nei momenti di transizione tra i simboli.

La modulazione di frequenza è altamente immune al rumore, poiché è principalmente l'ampiezza del segnale, non la frequenza, ad essere distorta dall'interferenza. In questo caso, l'affidabilità della demodulazione, e quindi l'immunità al rumore, è tanto maggiore quanto più periodi del segnale ricadono nell'intervallo di baud. Ma un aumento dell'intervallo di baud, per ovvie ragioni, riduce la velocità di trasferimento delle informazioni. D'altro canto, la larghezza di banda del segnale richiesta per questo tipo di modulazione può essere notevolmente inferiore rispetto all'intera larghezza di banda del canale. Quindi, il campo di applicazione dell'FM segue: standard a bassa velocità ma altamente affidabili che consentono la comunicazione su canali con grandi distorsioni della caratteristica ampiezza-frequenza o anche con una larghezza di banda troncata.

A codifica a sfasamento 1 e 0 differiscono nella fase dell'oscillazione ad alta frequenza. Il segnale codificato per lo sfasamento è il seguente:

Qui il componente di fase φ io (T) potere prendere m valori discreti, solitamente definiti come segue:

dove E è l'energia del simbolo;

T è il tempo di trasmissione del simbolo.

La Figura 1.2a mostra un esempio di codifica binaria di sfasamento (M = 2), in cui i caratteristici cambiamenti di fase improvvisi sono chiaramente visibili durante la transizione tra i simboli.

In pratica, la codifica dello sfasamento viene utilizzata con un piccolo numero di possibili valori della fase iniziale, di solito 2,4 o 8. Inoltre, quando si riceve un segnale, è difficile misurare assoluto valore di fase iniziale; molto più facile da definire parente sfasamento tra due simboli adiacenti. Pertanto, di solito viene utilizzata la differenza di fase o la codifica di sfasamento relativa.

A modulazione a differenza di fase(DPSK, TOFM, DPSK - Differential Phase Shift Keying) La variabile del parametro dipendente dal valore dell'elemento informativo è la fase del segnale ad ampiezza e frequenza costanti. In questo caso ogni elemento informativo è associato non al valore assoluto della fase, ma alla sua variazione rispetto al valore precedente.

Secondo le raccomandazioni del CCITT, alla velocità di 2400 bit/s, il flusso di dati da trasmettere viene suddiviso in coppie di bit consecutivi (dibit), che vengono codificati in cambiamento di fase rispetto alla fase del chip precedente. Un elemento di segnale trasporta 2 bit di informazioni. Se l'elemento di informazione è un dibit, a seconda del suo valore (00, 01, 10 o 11), la fase del segnale può cambiare di 90, 180, 270 gradi o non cambiare affatto.

Con tripla modulazione di fase relativa o 8x

Mediante la modulazione a differenza di fase, il flusso di dati da trasmettere viene suddiviso in triplette di bit consecutivi (tributari), che vengono codificati in un cambiamento di fase rispetto alla fase del chip precedente. Un elemento di segnale trasporta 3 bit di informazioni.

La modulazione di fase è la più informativa, ma un aumento del numero di bit codificati sopra i tre (8 posizioni di rotazione di fase) porta a una forte diminuzione dell'immunità al rumore. Pertanto, ad alte velocità, vengono utilizzati metodi combinati di modulazione ampiezza-fase.

Trasmissione ampiezza-fase. Amplitude phase keying (AMK) è una combinazione di schemi ASK e PSK. Il segnale modulato DAC è mostrato in Fig. 1.2 G ed espresso come

con indicizzazione dei termini di ampiezza e di fase. Figura 1. 2 G si possono osservare le caratteristiche variazioni simultanee (nei momenti di transizione tra i simboli) della fase e dell'ampiezza del segnale modulato dal DAC. Nell'esempio dato m= 8, che corrisponde a 8 segnali (trasmissione ottale). Un possibile insieme di otto vettori di segnale è tracciato in coordinate di ampiezza di fase. Quattro vettori mostrati hanno un'ampiezza, altri quattro hanno un'ampiezza diversa. I vettori sono orientati in modo che l'angolo tra i due vettori più vicini sia di 45 °.

Figura 1.2 - Tipi di modulazioni digitali

Se in uno spazio bidimensionale di segnali tra m I segnali impostati sono impostati ad angolo retto, uno schema chiamato modulazione di ampiezza in quadratura (QAM).

Modulazione di ampiezza in quadratura

Va notato che un altro tipo di modulazione lineare è la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM), la cui essenza è la trasmissione di due diversi segnali con metodi AM o FM sulla stessa frequenza portante. Gli spettri di questi due segnali si sovrappongono completamente e non possono essere separati mediante filtri. Al fine di preservare la possibilità di separazione del segnale lato ricezione, le oscillazioni della portante vengono fornite ai modulatori con uno sfasamento di 90° (in quadratura).

La Figura 1.3 mostra un diagramma della formazione di un segnale QAM.

Figura 1.3 - Quadratura AM

Il vantaggio di QAM, rispetto a AM o BM convenzionali, è che ci sono il doppio dei segnali che possono essere trasmessi indipendentemente nella stessa banda di frequenza.

Modulazione angolare (frequenza e fase)

La modulazione angolare viene solitamente utilizzata quando è richiesta per garantire un'elevata fedeltà del messaggio trasmesso. Ciò è spiegato dal fatto che i sistemi con modulazione d'angolo hanno una maggiore immunità al rumore e ad altri tipi di interferenza rispetto all'AM. Sono note, ad esempio, le proprietà dei sistemi FM di sopprimere l'interferenza del rumore additivo. Ciò significa che con il rilevamento FM, il rapporto segnale-rumore è notevolmente migliorato. Tuttavia, questo vantaggio ha il costo di degradare altri parametri del segnale, in particolare al costo di aumentare la larghezza di banda occupata. La modulazione di frequenza è forse l'esempio più comune che illustra le tecniche per aumentare l'immunità dei sistemi di comunicazione basate sulla diffusione dello spettro del segnale.

La Figura 1.4 mostra il diagramma temporale del segnale con modulazione angolare a tono singolo.

Figura 1.4 Modulazione angolare: a - segnale modulante a bassa frequenza; b - segnale monotono con modulazione angolare

Il segnale di modulazione angolare (PA) con portante armonica può essere scritto come segue:

u UM (t) = U 0 cos [ (t)] = U 0 cos [ω 0 t + φ (t)],

dove  (t) = ω 0 t + φ (t) è la fase completa del segnale;

(t) - fase che trasporta informazioni sul segnale primario.

Esistono due tipi di PA: fase (FM) e frequenza (FM). Con FM, i cambiamenti di fase sono direttamente proporzionali al segnale primario

Dove φ 0 è la fase iniziale.

In FM, la frequenza istantanea del segnale è direttamente proporzionale al segnale primario.

, dove è il fattore di conversione del segnale di controllo nella variazione della frequenza del segnale all'uscita del modulatore di frequenza.

Le forme d'onda FM e FM non differiscono tra loro se la derivata temporale del segnale primario ha la stessa forma del segnale primario stesso. È il caso, ad esempio, di un segnale primario sinusoidale

b (t) = Usint.

In questo caso, il segnale PA può essere scritto come segue:

u УМ (t) = U 0 cos (ω 0 t + Мsint),

dove M è l'indice di modulazione.

L'indice FM è definito come

M FM =  = K FM U  ( - deviazione di fase).

L'indice FM è

M FM =  = K FM U  / ,

inoltre, la deviazione di frequenza è К FM U. da qui l'indice FM

M FM =  /  = f / F.

Troviamo lo spettro del segnale con il PA in un tono. Rappresentiamo il segnale in PA in un tono con la seguente espressione:

(Re è la parte reale).

Dal momento che a FM

M FM =  /  = f / F,

quindi troviamo che per grandi indici di modulazione

f um 2f,

cioè, la larghezza di banda di frequenza in FM è pari al doppio della deviazione di frequenza e non dipende dalla frequenza di modulazione F.

Le figure 1.5 e 1.6 mostrano i circuiti per ottenere segnali di modulazione angolare

dove b (t) è il segnale primario;

–Generatore portante U0cosω0t;

il blocco - / 2 ruota la fase di un angolo - / 2;