13. Модуляція та її види. Демодуляція, фізична реалізація цих операцій
Процес нанесення інформації на переносник полягає або зводиться до зміни характеристик процесу відповідно до первинного повідомлення.
Параметри, що використовуються для нанесення інформації, називаються інформаційними.
Процес управління інформаційними параметрами переносника називаєтьсямодуляцією.
Зворотна операція, що полягає у відновленні вихідного повідомлення, називається демодуляцією.
Фізична реалізація цих операцій здійснюється за допомогою функціональних перетворювачів сигналів, які називаються модуляторами та демодуляторами. Зазвичай ці пристрої, рамках використовуваної інформаційної системи, утворює взаємозалежну пару, тобто. модель, що працює разом із генератором сигналів переносників.
Залежно від виду та числа використовуваних інформаційних параметрів процесу-переносника можуть застосовуватися різні види модуляції:
Якщо під впливом первинного сигналу інформ. параметри переносника інформ. змінюються безперервно, то така модуляція зв. безперервний (НМ). При НМ як переносник найчастіше використовуються процеси у вигляді гармонійних коливань. І тут переносник (несуча) має три інф. параметрами, що дозволяє здійснювати АМ, ЧС та ФМ, а також їх комбінації (тобто багаторазові модуляції).
Амплітудна модуляція (АМ) та її особливості.
АМ здійснюється шляхом зміни амплітуди, що несе пропорційно миттєвим значенням первинного сигналу. Нехай маємо як безперервний переносник напругу змінного струму, що змінюється за законом UH(t)=U0cos(0t+φ). Для нанесення інформ. необхідно здійснювати модуляцію одного з інформаційних параметрів цієї несучої, для АМ необхідно здійснити модуляцію амплітуди припостійності частоти 0 та фази 0 цього сигналу.
де m=ΔU/U0 - коефіцієнт модуляції (глибина модуляції)
1) та 2) випадки відповідають початковій амплітуді. 3) не відповідає початковій амплітуді (не бажано)
АМ залежить від глибини модуляції m.
Частотна та фазова модуляція
Кутова модуляція (або частотна, або фазова).
Частотна модуляція (температура зростає, частота зростає, температура падає, частота падає)
Що стосується кутовий модуляції змінюється лише аргумент, тобто. амплітуда стала.
Аналогічно відбувається і ФМ (але необхідне точне масштабування).
Будь-яке модульоване коливання вже не є суто гармонійним і має складний спектральний склад (тобто це АМК – амплітуда коливань, що модулюються).
Коливання з частотами (0) називаються супутниками або бічними частотами. При зміні амплітуди під впливом модулюючого сигналу змінюватиметься і потужність коливань протягом періоду.
У зав-ти від цього осущ-ся передача цілком всього спектра АМК чи його частини розрізняють 2 різновиду амплітудної модуляції: АМ з двома бічними смугами і балансна АМ.
Повна инф-ция міститься у бічних смугах АМ системи. Завдяки цьому з'являється можливість вести передачу повідомлень лише на частотах однієї із бічних смуг (ОБП). Передача на ОБП має слід. переваги: смуга частот, необхідна передачі інф-і скорочується вдвічі, що дозволяє збільшити кількість переданих повідомлень по використовуваному каналу зв'язку.
Балансна модуляція (ДБП та ОБП)
Варіант АМ при якому в спектрі АМ сигналу відсутня частота несучої (0) називається БМ.Спектр БМ коливань містить лише бічні складові. Оскількипри передачі звичайних АМ коливань величина потужності припадає на несучу 0 значно перевищує потужність бічних складових, які несуть корисну інформацію, то в енергетичному відношенні передача повного спектру АМ коливань нераціональна, тому використовуючи метод БМ дозволяє позбутися передачі несучої та сконцентрувати потужність передавача в інформаційних бічних складових. Різновиди АМ:
1.АМ з двома бічними смугами (режим ДБП),при якому АМ сиг-л містить несучу і дві бічні смуги.
2.Режим однієї бічної лінії (ОБП).Т.к. корисна инф-ия міститься
саме у бічних смугах, то передача повідом-ий можливо як у
режимі ДБП і ОБП.
За П.М. позитивні напівперіоди несучої частоти про модулюються по амплітуді одним первинним сигналом, а отриц-ние - іншим.
Частотний спектр при ПМ аналогічний до спектру звичайних амплітудних коливань.
Дворазові безперервні модуляції
Для підвищення стійкості перешкод АМ сигнал можна додатково промодулювати ще й за частотою. І тут виникає подвійна АМ-ЧМ, при кіт. спочатку модулюється по амплітуді на частоті першого переносника, зв. піднесе. Отриманий у результаті цього АМ сигнал исп-ся для модуляції по частоті другого переносника, зв. несучою. У нек. випадках виявляється доцільним ісп-ть подвійну модуляцію у зворотній послідовності: ЧС-АМ. ЧС забезпечує завадо-ть, а АМ зменшує смугу частот. Іноді використовують варіант подвійний тип модуляції ЧС-ЧМ.
Імпульсні методи модуляції, їх види
До переносників інформації 3-го типу відносяться імпульсні послідовності, що мають найширший асортимент інформаційних параметрів. У кач-ве інф. параметрів у цьому випадку можуть бутивикористано слід. хар-ки:
1. Амплітуда імпульсів
2. Довгий. імпульсів - І
3. Ширина імпульсів
4. Частота слідування
5. Період повторення
6. Фаза (тимчасове співвідношення імпульсів послідовності порівняно з деякими тактовими імпульсами)
Модуляція параметрів імпульсних сигналів зв. імпульсною модуляцією (ІМ). Залежно від виду використовуваного інформаційного параметра розрізняють такі види імпульсної модуляції: АІМ, ШІМ, ФІМ, ЧИМ, КІМ
Спектр АІМ сигналів відрізнятиметься від спектра вих. імпульсів тим, що до спектральних складових переносника додаються бічні складові, а смуга частот визначатиметься величиною імпульсів: FАІМ 1/І
Недоліком АІМ явл. погана завадостійкість та вплив на амплітуду сигналів з флуктуацією каналу зв'язку. Внаслідок чого АІМ використовуються переважно при телевимірювання як проміжний вид модуляції.
ШІМ - широтно - імпп. модуляція.
І тут інформаційним параметром служить тривалість («ширина»), тобто. при ШІМ здійснюється модуляція тривалості імпульсів відповідно до миттєвих значень первинного сигналу. Частота та амплітуда імпульсів при цьому не змінюються
Перешкодостійкість ШІМ значно вища ніж у АІМ, тому цей вид модуляції широко використовується як у телевимірювання, так і в системах автоматичного управління. Ширина спектру ШІМ сигналів визначатиметься: FШИМ 1/min . Відмінність: спектр ШІМ, навколо кожної гармоніки є не 2, а кілька пар бічних частот. При ШІМ можуть вик. варіанти, коли відбувається зсув або передніх, або задніх фронтів імпульсів, або обох одночасно.
При ФІМ під впливом первинного сигналу відбувається зміна положенняімпульсів послідовності, що модульується, щодо тактових позицій, при цьому частота, тривалість і амплітуда залишаються постійними.
ШІМ та ФІМ об'єднуються в один класчас-імпульсної модуляції(ВІМ). Смуга частот для ФІМ сигналів визначається тривалістю використовуваних імпульсів
При ЧИМ змінюється частота проходження імпульсів під впливом первинного повідомлення, у своїй тривалість і амплітуда імпульсів не змінюється. FЧИМ 1/u
У разі КІМ безперервне повідомлення попередньо квантується за рівнем і часом і отримані дискретні значення проквантованого первинного сигналу передаються у вигляді кодових комбінацій двійкового коду, що представляють собою групи імпульсів постійної амплітуди, тривалості і пауз між ними, тобто кожному фіксованому значенню первинного сигналу Відповідно до певної комбінації імпульсів.
У випадку КІМ слід враховувати, що чим менший крок квантування, тим точніше буде надіслано вихідне повідомлення. КІМ відрізняється найбільшою стійкістю до перешкод у порівнянні з іншими видами імпульсної модуляції; тому вона знаходить найбільш широке застосування телеметрії.
Різновидом КІМ явл.-модуляція, при якій здійснюється передача не самих поточних значень первинного сигналу, а лише знака його збільшення щодо попередніх значень.
На відміну від КІМ, де кожен відлік передається за допомогою багаторозрядного коду, у -модуляції використовується передача лише 2-х дискретних сигналів, що спрощує передачу, прискорює її і дозволяє зменшити цю смугу частот.
Головний недолік -модуляції – це можливість накопичення помилок.
РДМ відрізняється від -м тим, що сигнали передаються не періодично, а тільки в ті моменти часу, коли впроквантованому повідомленні відбувається перехід від рівня до іншого, причому під час переходу більш високий рівень передається сигнал про стрибку вгору, а при переході більш низький - про стрибку вниз.
Цей вид модуляції заснований на --перетворенні сигналу, що полягає в наступному: первинний безперервний сигнал x(t) спочатку квантується за рівнем та часом. Проквантоване повідомлення потім послідовно передається каналом зв'язку через певні інтервали t за наступним методом:
Протягом одного такту передається позитивний імпульс з амплітудою, що відповідає початковому значенню рівня проквантованого сигналу. У такому такті проводиться порівняння чергового квантованого сигналу з попередньому. Якщо ці значення не відрізняються, замість передачі повторно імпульсу попереднього рівня посилається спеціальний додатковий імпульс. Це триває до того часу, поки черговому такті відбудеться зміна рівня переданого повідомлення, тоді цьому такті буде переданий імпульс з амплітудою, відповідної новому значенню рівня переданого повідомлення тощо.