Глава VIII Модуляция электрических колебаний.

В различных системах связи для передачи информации используются высокочастотные гармонические колебания, параметры которых управляются первичными (низкоскоростными) сигналами.

Модуляция - это процесс управления параметрами ВЧ колебания первичным (НЧ) сигналом.

ВЧ колебания, которые используются для передачи сообщений по каналу связи, называются несущими.

Гармоническое колебание может быть представлено выражением:

где:

ao - амплитуда гармонического колебания;

o - частота гармонического колебания;

o - фаза гармонического колебания.

Значения ao, o, o - являются основными параметрами колебания.

Общий принцип модуляции состоит в изменении значений параметров несущего колебания в соответствии с функцией первичного сигнала.

В зависимости от того, какой из параметров подвергается воздействию, различают следующие виды модуляции:

• амплитудная;

• частотная;

• фазовая.

Если в качестве первичного (НЧ) сигнала используется дискретный сигнал, то процесс его воздействия на параметры несущего колебания называются манипуляцией. Она свойственна для цифровых систем передачи. В этом случае амплитуда, частота или фаза ВЧ колебания изменяется скачкообразно.

Выбор вида модуляции (манипуляции) в значительной мере определяет технические характеристики и особенности построения аппаратуры, помехоустойчивость канала связи.

   8.1. Виды модуляции.

В данном разделе рассмотрим основные виды модуляций.

Амплитудная манипуляция - это манипуляция, при которой ВЧ колебания изменяются по закону изменения мгновенных амплитуд модулирующего сигнала, т.е. логической единице соответствует гармонический сигнал A(t) = a_o cos(  _ot +  _o ), логическому нулю - пауза (a_o= 0): (рис.69).

рис. 69

Частотная манипуляция (частотное телеграфирование - (ЧТ)) - представляет собой такой способ управления колебаниями, при котором передаче =нуля= соответствует работа передатчика на одной частоте, а передаче =единицы= - на другой частоте.

Процесс ЧМ (ЧТ) объясняется рисунком 70.

рис. 70

Из рисунка видно, что для =нуля= сигнал описывается формулой:

,

а для =единицы= :

,

т.е. под воздействием информационного сигнала несущее колебание с частотой _o изменяется до ₁ и ₂.

Максимальное отклонение частоту от  0 (несущее колебание) называется девиацией частоты.

  .

Величина   (удвоенное значение девиации частоты) определяет разнос частот. Для режима работы с ЧТ разнос частот может иметь различные значения и обозначается, например:

ЧТ-125; ЧТ-20; ЧТ-200 (кГц).

Выбор значения  определяется степенью сложности технической реализации аппаратуры и ограничивается требуемой скоростью передачи и используемой полосой частот.

Различают следующие способы частотной манипуляции:

• с разрывом фазы;

• без разрыва фазы.

Частотная манипуляция в передатчиках осуществляется в возбудителях.

Фазовая манипуляция (ФМ) - представляет процесс управления фазой ВЧ колебания.

Данный процесс может осуществляться двумя способами:

• способом абсолютной фазовой манипуляции (ФМ);

• способом относительной фазовой манипуляции (ОФМ) (относительного фазового телеграфирования (ОФТ)).

Первый способ заключается в том, что передаче =нуля= или =единицы= соответствует изменение фазы относительно не манипулированного колебания на определенные углы  1 и  2 соответственно, т.е. при передаче сигнала, изменение фазы несущего колебания происходит каждый раз, когда осуществляется переход от "0" к "1" и от "1" к "0" (рис.71).

рис. 71

Способ ФМ практического применения не нашел, т.к. из-за случайных искажений радиосигнала имеет место неопределенность фазы, что является причиной “обратной работы”, т.е. импульсы принимаются в негативе.

На практике используется способ ОФТ, предложенный Н.Т. Петровичем.

Этот способ заключается в том, что каждой последующей информационной посылке соответствует сигнал, фаза которого сдвигается на определенный угол относительно фазы предшествующей посылки.

Например, при передаче каждой =единицы= фаза сигнала меняется на 180 по сравнению с фазой предшествующего сигнала, а при передаче =нуля= фаза не изменяется (рис.72).

рис. 72

Одной из разновидностей метода ОФМ является двойная ОФМ (ДОФМ, ДОФТ).

Сущность метода заключается в том, что исходная информационная последовательность с длительностью импульсов  (рис.73 а) предварительно преобразуется в 2 последовательности с длительностью импульса 2 (рис.73 б и в). Далее они сравниваются (рис.73 г) и комбинации двоичных элементов (00, 01, 10, 11) (рис.73 д) модулируют фазу несущего колебания на 0 , 90 , 180 , 270 соответственно (рис.73 е).

рис. 73

Давая сравнительную оценку различных методов манипуляции необходимо отметить, что с точки зрения электрических и эксплуатационных характеристик системы связи с ОФМ являются более предпочтительными, чем с АМ и ЧМ по следующим причинам:

• большая помехоустойчивость;

• выигрыш в мощности составляет:

  • 5 дБ по сравнению с ЧМ,

  • 10 дБ по сравнению с АМ;

• ширина спектра сигналов ОФМ примерно такая же, как и при АМ и почти в 2 раза меньше чем при ЧМ, что обеспечивает эффективность использования занимаемой полосы частот;

• возможность работы при больших скоростях передачи.

Из недостатков ОФМ необходимо отметить:

• относительная сложность аппаратуры;

• жесткие требования к стабильности частоты радиолинии.

   8.2. Принцип построения модуляторов и демодуляторов.

В общем случае схема передачи и приема манипулированных сигналов имеет вид (рис.74):

рис. 74

где:

С(t) - первичный (НЧ) сигнал;

Ао(t) - несущее (ВЧ) колебание;

Ам(t) - модулированный сигнал.

Таким образом, в передающей части аппаратуры (модуляторе) несущее колебание модулируется первичным (информационным) сигналом, т.е. формируется модулированный сигнал, а на приеме детектор восстанавливает исходный (первичный) сигнал.

Существует большое разнообразие технических решений, позволяющих осуществить тот или иной способ модуляции и демодуляции.