12Способы импульсной модуляции (им).

При ИМ переносчиком является последовательность импульсов.

Параметры импульсного сигнала - амплитуда (U m), период или частота (Т или f = 1/T), длительность импульса (t _u), фаза импульсов ().

В соответствии с этими параметрами различают способы ИМ:

1. Амплитудно – импульсная модуляция (АИМ) – Um.

2. Частотно – импульсная модуляция (ЧИМ) - f.

3. Широтно – импульсная модуляция (ШИМ) - t _{u .}

4. Фазо – импульсная модуляция (ФИМ) - .

При АИМ амплитуда является функцией модулирующего сигнала

При ЧИМ функцией модулирующего сигнала является средняя частота (или период) следования импульсов.

При ШИМ функцией модулирующего сигнала является длительность импульса.

При ФИМ функцией модулирующего сигнала является время паузы между соседними импульсами.

Кодо-импульсная модуляция (КИМ).

Отличие: какому-то одному значению модулирующего сигнала  соответствует несколько импульсов (последовательный код). Последовательный код – двоичное число:

1 – есть импульс 0 – нет импульса

При КИМ увеличивается время передачи сигнала, но обеспечивается высокая достоверность и высокая помехозащищенность.

13 Частотная модуляция (чм).

При ЧМ в соответствии с модулирующим сигналом (t) меняется частота синусоидального несущего сигнала, что иллюстрирует рис

Заметим ,что , а соответственно и частота может меняться не только резко, но и плавно

Для ЧМ существует два параметра, характеризующие интенсивность воздействия модулирующего сигнала на несущий сигнал.

1. Девиация частоты

f = f _max – f ₀ или f = f ₀ - f _min f - отклонение частоты от центрального значения.

2. Индекс частотной модуляции .

Это отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала.

0    несколько десятков или сотен.

Частотный спектр при ЧМ.

Его можно получить на основе ЧС при АМ.

t

t

f01

f02

f01

f02



Т

t

t

огда,U _ЧМ = U _АМ1 + U _АМ2

Соответственно, спектр ЧМ можно представить: S _ЧМ = S _АМ1 + S _АМ2

f₀

f

f

f

В результате получили наложение. Спектры двух слагаемых отличаются разными несущими частотами.

1. Спектры ЧМ шире, чем спектры АМ.

2. Спектр получается «горбатый» («горбов» может быть много)

3. Линии спектра могут перекрываться линиями другого спектра, а могут и не перекрываться.

4. Ширина спектра при ЧМ:

5. Каждая боковая полоса – спектр модулирующего сигнала шириной F _.

f ₀₂ – f ₀₁ = 2f - две девиации частоты

В результате получаем:

F _ЧМ = 2 F _ (1 +  )

Вывод: ширина ЧС при ЧМ больше чем ширина ЧС при АМ в (1 +  ) раз.

 = 10  50

14 Способы модуляции электрических сигналов.

Сигнал – физический процесс, который служит для передачи сообщений. Сигнал имеет электрический характер (U, I, электромагнитное поле).

U или I во времени меняется в соответствии с сообщением. Самый простой сигнал U =0 или 1 .

Существует необходимость в более сложных способах.

Для передачи сигналов существует потребность применения модуляции.

Модуляция – использование вспомогательного сигнала, служащего для передачи несущего сообщение основного сигнала.

Модуляция позволяет:

• передавать сигналы на большие расстояния;

• передавать несколько сигналов независимо друг от друга.

Существует непрерывная и импульсная модуляция.

При непрерывной модуляции в качестве вспомогательного сигнала используется синусоида.

При импульсной модуляции в качестве вспомогательного сигнала используют последовательность импульсов.

Вспомогательный сигнал – несущий сигнал.

Основной сигнал – модулирующий сигнал.

Модуляция – это воздействие модулирующего сигнала на какой-либо параметр несущего сигнала, например, амплитуду, частоту, фазу.

Способы непрерывной модуляции.

Несущий сигнал - синусоида:

U(t) = U_m sin(2 f_н t + )

Если воздействовать на амплитуду U_m, то будет амплитудная модуляция (АМ).

Если воздействовать на частоту f _н ,то будет частотная модуляция (ЧМ).

Если воздействовать на фазу  , то будет фазовая модуляция (ФМ).

Амплитудная модуляция (АМ).

При АМ в соответствии с модулирующим сигналом меняется амплитуда синусоидального несущего сигнала.

Огибающая повторяет форму модулирующего сигнала . Заполнение между огибающими - синусоидальный переносчик. f₀ - частота несущего сигнала.

Условие, необходимое для АМ :fн >> f.

Это необходимо для обеспечения передачи сигнала без искажения.

АМ характеризуется коэффициентом m - коэффициентом глубины модуляции:

Этот коэффициент характеризует степень воздействия модулирующего сигнала на несущий сигнал.

Чем больше m, тем больше воздействие.

Если U_min = 0, m = 1. Это наибольшая глубина модуляции.

Если U_min = U_max, m = 0. Это синусоида с неизменной амплитудой – Если U_min = U_max, m = 0. Это синусоида с неизменной амплитудой – один несущий сигнал. 0  m  1

АМ – наиболее простой способ модуляции, т.е. требуются простые технические средства.

Недостаток: амплитуда сигнала легко искажается под действием помех. АМ имеет низкую помехоустойчивость при передаче сообщений. Единственный способ устранения помехи - амплитуда переносчика должна быть достаточно большой (много больше помехи).

Частотный спектр при АМ

(t)- модулирующий сигнал

U(t)- модулированный сигнал

Выравнивание для модулированного сигнала в общем виде:

Больше информации можно получить о модулированном сигнале, если рассмотреть его частотный спектр. ЧС модулированного сигнала зависит от ЧС модулирующего сигнала, что можно представить в виде ряда Фурье:

Пусть модулирующий сигнал – непрямоугольный импульс.

Тогда, поставляем (t) в U(t), получаем:

Каждая гармоника модулирующего сигнала умножается на синусоиду несущего сигнала, что приводит к раздвоению каждой гармоники на две.

Отсюда следует, что частота одной синусоиды будет суммой частот, а частота другой синусоиды будет разность частот.

Синусоида для суммы частот – верхняя боковая составляющая.

Синусоида для разности частот – нижняя боковая составляющая.

В результате модулированный сигнал:

Изобразим частотный спектр при АМ. Это соотношение указывает на то, что ЧС имеет следующие особенности.

ЧС содержит 2 спектра модулирующего сигнала, расположенный симметрично друг относительно друга.

Несущее колебание имеет наибольшую амплитуду.

Ширина ЧС при АМ:

Это обстоятельство имеет значение при прохождениях сигнала по каналам связи.

Использование АМ - сигналов с одной боковой полосой.

В полученном спектре информация о модулирующем сигнале поровну распределяется между каждой из боковых полос.

Соответственно и мощность сигнала тоже распределяется поровну.

Можно получить существенный выигрыш при передаче сигнала, если оставить только одну боковую полосу. Это АМ-ОБП – разновидность АМ.

Преимущества:

1. Ширина спектра в 2 раза меньше.

2. Повышается мощность сигнала.

3. Возрастает дальность передачи.