Материал из свободной Энциклопедии@Broadcasting.Ru

Модуляция (от лат. modulatio — мерность, размеренность) — в физике и технике, изменение по заданному закону во времени величин, характеризующих какой-либо регулярный процесс. Работа всех электронных приборов основана на модуляции электронного потока.

Краткая классификация способов модуляции

Амплитудная модуляция (АМ)

Непрерывная амплитудная модуляция (АМ) АМ

Дискретная амплитудная модуляция (амплитудная манипуляция, АМн, англ. ASK)

Одномерная (англ. BASK) BASK

Двухмерная (квадратурная)(КАМ, англ. QAM) 8QAM, 16QAM, 64QAM, 128QAM,

256QAM

Угловая модуляция (УМ)

Частотная модуляция (ЧМ)

Непрерывная (ЧМ, англ. FM) FM

Дискретная (манипуляция)(ЧМн, англ. FSK) BFSK, MSK, AFSK

Фазовая модуляция (ФМ)

Непрерывная (ФМ, англ. PM) PM

Дискретная (манипуляция)(ФМн, англ. PSK)

· Одномерная (ФМ-2, англ. BPSK) BPSK

· Двухмерная

· Фазовая манипуляция (ФМ-4, ФМ-8, англ. QPSK, 8PSK) QPSK, 8PSK

· Амплитудно-фазовая манипуляция (АФМн, англ. APSK) 16APSK, 32APSK

Для того чтобы с помощью радиосигнала можно было передавать информацию, необходимо заставить изменяться во времени один или несколько его параметров (E, w или j). В зависимости от того, какой параметр радиосигнала изменяется в соответствии с передаваемой информацией, различают и типы модуляции между собой. Перенесение информации на несущую радиоволну и называется модуляцией.

Рисунок 2.19. Блок-схема передающего устройства.

Вне зависимости от типа модуляции (манипуляции) блок-схема любого передающего устройства может быть отображена в виде, приведенном на рисунке 2.19. Генератор несущей частоты (задающий генератор) формирует основной сигнал, который должен будет передавать информацию. Параллельно с этим информационный сигнал преобразуется в электрический сигнал в блоке, который назван на схеме генератором информационного сигнала. Сигналы с двух генераторов поступают в блок, называемый модулятором, в котором один (или несколько) параметров сигнала несущей частоты модифицируются в соответствии с информационным сигналом. Осуществляется «модуляция» сигнала. Полученный модулированный сигнал усиливается и направляется в антенну, в которой происходит преобразование энергии электрических сигналов в энергию электромагнитных волн.

Существует много способов модуляции несущей среды.На рисунке 2.20 представлены два часто встречаемых на практике варианта модуляции сигнала несущей частоты u(t) аналоговым сигналом s(t). Верхний график соответствует несущей (высокой) частоте, переносящей информацию. Информационный сигнал представлен на втором сверху графике в виде косинусоиды с меньшей, чем у несущей частотой. Все значения аргументов (времени) и значений функций условны.

Рисунок 2.20. Примеры модуляции несущей частоты

Общий принцип модуляции состоит в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания (переносчика) f(а,b,...,t) в соответствии с передаваемым сообщением. Так, например, если в качестве переносчика выбрано гармоническое колебание , то можно образовать три вида модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ).

Если переносчиком является периодическая последовательность импульсов , то при заданной форме импульсов f₀(t) можно образовать четыре основных вида импульсной модуляции: амплитудно-импульсную (АИМ), широтно-импульсную (ШИМ), время-импульсную (ФИМ) и частотно-импульсную (ЧИМ). Применение радиоимпульсов позволяет получить еще два вида модуляции: по частоте и по фазе высокочастотного заполнения.

Если модулирующий сигнал является дискретным, то такой тип модуляции называют манипуляцией.

Амплитудная модуляция (AM). Используется в длинноволновом, средневолновом и коротковолновом радиодиапазонах. Если переменной оказывается амплитуда сигнала U (t), причем остальные два параметра круговая частота w и фаза j неизменны, то такая модуляция называется амплитудной модуляцией несущего колебания. Форма записи амплитудно-модулированного или АМ-сигнала, такова:

u_ам (t)= U (t) cos(w₀t+j₀). (2.45)

При амплитудной модуляции связь между огибающей U(t) и модулирующим сигналом s(t) принято определять следующим образом:

U (t) = U_м [1+ Мs (t)], где

U_м – постоянный коэффициент, равный амплитуде несущего колебания в отсутствии модуляции;

М – коэффициент амплитудной модуляции.

При этом амплитуда несущей волны варьируется в соответствии с амплитудой информационного сигнала. Вид амплитудно-модулированного сигнала представлен на третьем графике рис. 2.20. В расчетах принято, что уровень модулирующего сигнала составляет 30% от амплитуды несущей частоты, а соотношение частот – 1/3.

Частотная модуляция (ЧМ). В данном случае модулируется частота несущей волны в зависимости от изменения амплитуды передаваемого сигнала. При частотной модуляции сигнала (ЧМ) между величинами s (t) и w (t) имеется связь вида w (t) = w₀ +ks (t), поэтому

, где (2.46)

k – индекс модуляции.

Таким образом, сигнал модулирует несущую частоту, а не ее амплитуду. В ультракоротковолновом УКВ радиодиапазоне применяется именно этот способ модуляции. Вид частотно-модулированного сигнала представлен на четвертом графике рис. 2.20.

Фазовая модуляция (ФМ). Как уже было показано выше, фазовая манипуляция является разновидностью частотной модуляции. Математическое выражение, описывающее фазовую модуляцию практически не отличается от соответствующего для частотной модуляции с той лишь разницей, что нет надобности в интегрировании.

(2.47)

Импульсная модуляция (ИМ). Импульсной модуляцией часто на практике называют стопроцентную амплитудную манипуляцию, при которой амплитуда несущей частоты изменяется от 0 до 100%. На ней, как уже упоминалось, основан способ передачи информации с помощью кода Морзе (см. рис.2.13). На манипулированный несущий сигнал накладываются низкочастотные участки одинарной или тройной длительности, соответствующие точкам и тире кода Морзе. Импульсная модуляция используется в системах навигации, местоопределения и радиолокации. Основным условием импульсной модуляции является необходимость использования такой ширины импульса, чтобы в него помещалось не менее 10 колебаний несущей.

2.6.1 Мультиплексирование

Мультиплексированием называется процесс объединения нескольких независимых друг от друга сигналов в единый сигнал. Мультиплексирование с разделением по времени позволяет передавать по одной линии несколько звуковых каналов.