Балансная модуляция

Амплитудная модуляция привлекательна прежде всего своей простотой и, следовательно, дешевизной, которую обеспечивает использование в приемнике диодного детектора. Однако большая доля передаваемой мощности приходится на несущую частоту, т.е. расходуется зря, так как несущая сама по себе не несет полезной информации. По этой причине были разработаны другие виды амплитудной модуляции. В одном из них используется балансный модулятор. Такая модуляция характеризуется полным подавлением несущей и наличием в спектре только боковых частот. Передача с помощью балансной модуляции получила название передачи с двумя боковыми и подавлением несущей (double sideband suppressed carrier –DSBSC).

Один из методов осуществления этого вида АМ заключается в использовании модулятора Коуэна, схема которого приведена на рисунке 8.7. В течение одного полупериода несущей в точке А схемы создается положительное напряжение, а в точке В — отрицательное, что приводит к смещению всех четырех диодов. При этом обмотки двух трансформаторов, подключенных к диодному мосту, замыкаются накоротко, и на выходе мы получаем нулевое напряжение. В течение второго полупериода диоды смещаются в обратном направлении, т.е. закрываются; диодный мост размыкается, и модулирующий сигнал проходит на выход схемы. Выходной сигнал эквивалентен произведению модулирующего сигнала на положительный период высокочастотной несущей, как показано на рисунке 8.8.

Для того чтобы проанализировать работу модулятора Коуэна, рассмотрим умножение модулирующего сигнала на несущую, которая представляется в виде разложения в ряд Фурье:

(8.5)

где k – постоянная схемы.

Рисунок 8.7 Электрическая схема модулятора Коуэна

Уравнение (8.5) содержит исходный сигнал, составляющие верхней и нижней боковых частот, которые и представляют сигнал с подавлением несущей, а также частотные компоненты высших порядков с центрами на частотах нечетных гармоник, кратных частоте . Как видно, в полученной функции отсутствует компонента с частотой несущей. После полосовой фильтрации в спектре сигнала остаются только требуемые частотные компоненты, все остальные подавлены.

Рисунок 8.8 Выходная функция модулятора Коуэна

На рисунке 8.9 показан еще один тип модулятора — так называемый кольцевой модулятор, состоящий из тех же четырех диодов, но соединенных в виде кольца. В зависимости от полуцикла несущей в каждый момент времени открыта только одна пара диодов: например, D1 и D2 открыты, а D3 и D4 в этот момент закрыты, и наоборот. В результате сигнал на выходе равен либо положительному мгновенному значению модулирующего сигнала, если открыты диоды D1 и D2, либо отрицательному, если от крыты D3 и D4 (рисунок 8.10)). Схема с кольцевым расположением диодов работает как переключатель полярности с частотой переключения, равной частоте несущей. Анализ работы такого модулятора аналогичен анализу схемы Коуэна, но несущий сигнал здесь является биполярным, а не униполярным, как в схеме Коуэна. Мы опять получаем сигнал с двумя спектральными составляющими и подавлением несущей, но теперь, вследствие биполярности несущей, энергия его в два раза больше.

Рисунок 8.9 Кольцевой модулятор – электрическая схема

Рисунок 8.10 Выходная функция кольцевого модулятора

Детектор огибающей не может восстановить исходный сигнал из DSBSC-сигнала (с двумя боковыми и подавлением несущей), полученного при использовании диодного детектора, потому что, как это видно из рисунков 8.8 и 8.10, огибающая имеет неподходящую форму. Поэтому прием осуществляется с помощью балансного модулятора другого типа. Принятый модулированный сигнал умножается на сигнал-версию исходного несущего сигнала, который должен быть точно сфазирован в соответствии с принятым DSBSC-сигналом. Такой метод демодуляции называется когерентным детектированием. Для получения несущего сигнала в приемнике имеются два способа.

1. Передача несущей по отдельному каналу.

2. Формирование передатчиком пилот-сигнала на частоте несущей уменьшенной амплитуды (примерно 10% от амплитуды несущего колебания. Это сохраняет значительную часть энергии по сравнению с обычной и нет нужды в дополнительном канале, как в первом способе.

В цифровой связи если для обнаружения сигналов приемник использует информацию о фазе несущей, то процесс называется когерентным обнаружением. При идеальном когерентном обнаружении приемник содержит прототипы каждого возможного сигнала. Эти сигналы-прототипы дублируют алфавит переданных сигналов по всем параметрам, даже по радиочастотной фазе. В этом случае говорят, что приемник автоматически подстраивается под фазу входного сигнала. В процессе демодуляции приемник перемножает и интегрирует входной сигнал с каждым прототипом (определяет корреляцию). Некогерентная демодуляция не требует знания абсолютной величины фазы несущей входящего сигнала, что в некоторой степени упрощает схему обнаружения, но одновременно повышает вероятность ошибки.

Следует отметить, что каждая боковая амплитудно-модулированного сигнала несет полную информацию об исходном молу сигнале. Значит, можно достичь удовлетворительного приема, работая с одной боковой (single sideband - SSВ). При этом уменьшается полоса частот и потенциально удваивается информационная емкость канала в заданной полосе, а также уменьшается расход передаваемой энергии. Один из методов, используемых для организации связи на одной боковой частоте, заключается в том, что с помощью балансного модулятора сначала получают сигнал с двумя боковыми и подавлением несущей (DSBSC). а затем отфильтровывают одну из них. Связь только на одной боковой частоте тоже требует использования в приемнике когерентного детектора.