 |
1.1 Амплитудная модуляция. Предисловие. Математические аспекты. Типы Амплитудной Модуляции (АМ)
|
|
|
|
КУРС
«ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ
ВЧ СИГНАЛОВ»
Данный учебный курс является частью серии National Instruments Measurement Fundamentals. В каждом из учебников этой серии приводится теория и рассматриваются примеры, посвященные специфическим темам из различных областей применения измерительных систем. В настоящем курсе обсуждаются аспекты беспроводной передачи данных по ВЧ каналам связи.
Чтобы посмотреть полный список учебников, вернитесь на главную страницу NI Measurement Fundamentals или на страницу NI RF Fundamentals Main, следующую за списком учебников по RF. Для получения более подробной информации о продуктах National Instruments, предназначенных для работы с ВЧ сигналами, посетите сайт www. ni. com/RF
1. 1 Амплитудная модуляция
Предисловие
Модуляция – это процесс изменения высокочастотного несущего сигнала с целью передачи информации. Несмотря на то, что теоретически возможна передача сигнала с ограниченной полосой частот (или информации) без модуляции, гораздо эффективней передавать данные, модулируя высокочастотный несущий сигнал. Это связано с тем, что высокочастотные сигналы требуют антенн меньших размеров, повышается пропускная способность канала связи, и возможна передача различных видов данных. АМ радиостанции транслируют аудиосигналы на частотах в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, используя несущие сигналы с частотой от 500 кГц до 1, 7 МГц. Если бы мы были вынуждены передавать аудиосигналы напрямую, нам понадобилась бы антенна апертурой около 10000 км! В общем случае модуляцию можно разделить на аналоговую и цифровую. Амплитудная модуляция является одной из форм аналоговой модуляции.
Основные стадии АМ модуляции
|
|
|
Математические аспекты
Несущий сигнал – это, как правило, высокочастотная синусоидальная волна. Имеется три параметра синусоидальной волны, которые могут изменяться – это амплитуда, частота и фаза. Любой из этих параметров может быть модулирован или изменён для передачи информации. Синусоидальная волна может быть математически описана синусной или косинусной функцией с амплитудой Ac, частотой fc и фазой φ.
Несущий сигнал модулируется путём изменения амплитуды по отношению к исходному сигналу с ограниченной полосой. Исходный сигнал может быть представлен следующей формулой:
m(t) = Mb cos(2π fb+ φ )
а несущий сигнал может быть представлен так:
c(t) = Ac cos(2π fc)
Для упрощения уравнения будем считать, что между несущим и исходным сигналом нет фазовых различий и поэтому φ = 0.
Модулированный сигнал можно представить как добавление амплитуды исходного сигнала к амплитуде несущего сигнала.
(Ac + m(t)) cos(2π fc)
С помощью тригонометрических формул+ форма волны может быть преобразована к виду:
| +CosA * CosB = 0. 5Cos(A-B) + 0. 5Cos(A+B) |
Ac cos(2π fc) + Mb/2 cos(2π (fc - fb)) + Mb/2 cos(2π (fc + fb))
Типы Амплитудной Модуляции (АМ)
Как видно из приведенного выше уравнения, модулированный сигнал имеет составляющие на трёх частотах: fc, fc – fb и fc + fb. Для передачи сигнала на всех трёх частотах, необходимы затраты энергии и увеличение полосы пропускания. Чтобы обойти эту проблему, мы можем использовать фильтр для отсечки одной из боковых полос (обычно нижней боковой полосы). Получающаяся модуляция называется модуляцией с одной боковой полосой. (Single Sideband Modulation (SSB)).
Вид области частот с двумя боковыми полосами – Полный сигнал
Как бы то ни было, путём фильтрования одной из боковых полос мы теряем часть исходной мощности модулированного сигнала. Для увеличения передаваемой мощности, мы можем транслировать вместе и нижнюю и верхнюю полосу. Это – двуполосная модуляция (Double Sideband modulation (DSB)).
|
|
|
Одним из компонентов модулированного сигнала является чистое несущее колебание. Так как оно не содержит какой-либо информации, необходимости передавать его нет. Таким образом, перед передачей сигнала такое колебание можно удалить. Такая модуляция называется одно/двуполосной модуляцией с подавлением несущей (Single Sideband/Double Sideband – Suppressed Carrier Modulation. (SSB-SC, DSB-SC)).
Однако, несущаячастота требуется для демодуляции сигнала. Поэтому существуют специальные схемы, которые могут извлекать информацию о несущей с помощью одной из боковых полос. Они и используются при демодуляции.
Амплитудная модуляция может быть также использована для передачи цифровых данных. Квадратурная амплитудная модуляция (QAM) использует 4 заранее установленных амплитудных уровня для определения цифровых битов.
|
|
|
