Иллюстрация частотной модуляции
Рисунок 1: Модулированный сигнал f (t) , мгновенная частота f (t) и мгновенный фазовый уголϕ(т){\ Displaystyle \ phi (т)}
Верхняя диаграмма рисунка 1 показывает частотно-модулированный сигнал и информационный сигнал пунктирными линиями. В примере частота несущей в 15 раз превышает частоту сигнала, сигнал представляет собой простой косинус. Можно видеть, что там, где мгновенное значение напряжения сигнала самое низкое, частота модулированного сигнала также самая низкая. Во время перехода информационного сигнала через нулевую точку модулированная несущая имеет ту же частоту, что и немодулированная несущая. Частота информационного сигнала зависит от того, как часто меняется несущая частота в секунду. Амплитуда сигнала зависит от того, насколько велико изменение частоты (ход). Чем чаще в секунду меняется частота несущей, тем больше частота информационного сигнала. Чем больше ход, тем больше амплитуда информационного сигнала. Чем больше амплитуда или частота информационного сигнала, тем больше требуется полоса пропускания.
На средней диаграмме рисунка 1 показано изменение частоты несущей в зависимости от вышеуказанного сигнала, немодулированная несущая показана пунктирными линиями. На нижней диаграмме рисунка 1 показан фазовый угол несущей в рад. Немодулированная несущая показана пунктирными линиями. Индикатор фазы несущей непрерывно вращается, поэтому график поднимается вверх даже при немодулированном сигнале. Сплошная линия представляет фазовый угол модулированного сигнала, однако он не пропорционален мгновенному значению напряжения сигнала. и сдвинуты на 90 °.
ΔφТ{\ displaystyle \ Delta \ varphi _ {\ mathrm {T}}}ΔφТ{\ displaystyle \ Delta \ varphi _ {\ mathrm {T}}}ΔжТ{\ displaystyle \ Delta f _ {\ mathrm {T}}}
Общий
модуляция
Частотно-модулированный сигнал может генерироваться на высоких частотах с помощью схемы генератора , частотно-определяющий резонансный контур которой содержит зависящую от напряжения емкость, обычно емкостной диод , на который сигнал модуляции подается как напряжение сигнала. Это изменяет емкость диода и, следовательно, резонансную частоту резонансного контура. FM на низких частотах легче генерировать с помощью генераторов, управляемых напряжением . Схема прямого цифрового синтеза (DDS) или квадратурная амплитудная модуляция (IQ-модуляция) могут успешно использоваться для цифрового генерирования частотно-модулированного сигнала .
Демодуляция
Перед демодуляцией амплитуда FM-сигнала поддерживается постоянной («ограниченной»), чтобы исключить любые изменения амплитуды, которые могут возникнуть из-за помех на тракте передачи. Это возможно, потому что амплитуда не содержит никакой информации. Обычно для этого используется цепочка дифференциальных усилителей .
Принятый FM-сигнал редко напрямую демодулируется, а сначала передается на промежуточную частоту в соответствии с принципом супергетера ; этот процесс известен как микширование . Например, FM-радио передается на несущей частоте f = 100 МГц с девиацией частоты Δ f T = ± 75 кГц. Относительный ход
- ЧАСзнак равножТжзнак равно75kЧАСz100М.ЧАСzзнак равно0,00075{\ displaystyle H = {\ frac {f _ {\ mathrm {T}}} {f}} = {\ frac {75 \, \ mathrm {kHz}} {100 \, \ mathrm {MHz}}} = 0 {,} 00075}
и не допускает беспроблемной демодуляции. При преобразовании ее в обычную для УКВ приемников промежуточную частоту 10,7 МГц, H увеличивается примерно в десять раз и упрощается схема. Узкополосная ЧМ, такая как телевидение с медленной разверткой, вообще не может быть демодулирована без этого предыдущего изменения частоты.
Есть несколько типов FM-демодуляторов. Дискриминатор первый преобразует сигнал FM в амплитудной или импульсной модуляции. Вначале для этой цели использовались простые , позднее — . В демодуляторе совпадений из частотно-модулированного сигнала формируется фазомодулированный сигнал, который затем может быть демодулирован. Другая возможность — демодулятор ФАПЧ . Путем сравнения фаз модулированного сигнала с сигналом гетеродина получается напряжение, соответствующее отклонению, с которым настраивается генератор ФАПЧ. Управляющее напряжение также является выходным сигналом НЧ. Демодуляция ФАПЧ обеспечивает высокое качество приема и безопасность, но она была дорогостоящей, пока не стало популярным использование специально разработанных интегральных схем.
Управляющее напряжение часто получается из выходного напряжения FM-демодулятора, которое используется для отслеживания генератора приемника ( автоматическая регулировка частоты , сокращенно AFC), чтобы удерживать сигнал в середине полосы пропускания фильтра ПЧ и таким образом искажения низкие.
Усиление модуляции, ограниченная шумом чувствительность
По сравнению с амплитудной демодуляцией (AM), демодулятор FM имеет усиление модуляции — он оценивает шум меньше, чем полезный сигнал. При недостаточном отношении несущей к шуму (CNR на английском языке. Carrier to Noise Ratio ) теряется это усиление модуляции FM. Ошибки в определении мгновенной частоты возникают из-за скачков фазы, которые выражаются короткими игольчатыми импульсами в сигнале. Эта потеря усиления модуляции начинается ниже 12 дБ CNR и приводит к серьезному ухудшению приема ниже 5,5… 9 дБ CNR ( пороговое значение FM ).
«Рыбная формация» при аналоговом спутниковом приеме — это z. Б. из-за этой проблемы.
Что будем делать с полученным материалом:
Все темы данного раздела:
Основные определения
Информация- совокупность сведений о различных событиях, явлениях или объектах природы. Информация – сведения неизвестные получателю.
Сообщение -фо
Виды сигналов электросвязи
Простые и сложные сигналы:
Простые – сигналы синусоидальной (или косинусоидальной) формы – гармонические. Все
остальные сигналы являются сложными, т.к. содержат несколько г
Способы представления сигналов
Временные диаграммы (рис. 3, 4, 5, 6)
Спектральные диаграммы (рис.2.3, 3.5, 3.6б)
Математические модели
Векторные диаграммы
Мат
Многоканальные системы передачи
Для одновременной передачи по линии связи большего числа каналов следует разделить эти каналы либо по частоте, либо во времени.
На рис.8 приведена структурная схема системы связи с частот
Модуляция и детектирование
Модуляция- процесс изменения одного из параметров несущего колебания под управлением информационного первичного сигнала. Первичный сигнал (содержащий информацию) называется модулирующим. Он
Амплитудная модуляция
1. Математическая модель
Пусть модулирующим сигналом является гармоническое колебание низкой частоты Ω:
U(t)=UmusinΩt
В качестве не
Однополосная амплитудная модуляция
Так как полезное сообщение содержится в обеих боковых полосах АМ сигнала, достаточно для передачи этого сообщения пропустить в виде электромагнитной волны только одну боковую полосу. В этом случае
Математическая модель частотно – модулированного (ЧМ) сигнала
Если модулирующим является гармонический сигнал u(t)=UmsinΩt, и он изменяет частоту несущего сигнала S(t)=Umsin(ωot + φ), то приращение частоты Δ
Спектральные диаграммы
Спектр ЧМ сигнала значительно сложней спектра АМ сигнала. В математической модели ЧМ-сигнала
Sчм(t)=Umsin(ωot — М cosΩt + ψ)
Генерирование колебаний
Обобщенная структурная схема автогенератора.
Автогенераторы (АГ) – это устройства, вырабатывающие колебания определенной величины, частоты и формы самостоятельно, т.е. без внешних в
Автогенераторы типа LC
Автогенератор LC с трансформаторной обратной связью
Рис. 22 LC-генератор с трансформаторной обратной связью
При включении питания в схеме рис. 22 начинаются
Автогенераторы типа RC с фазосдвигающими цепочками
Обобщенная структурная схема АГ показана на рис.20. В любом автогенераторе для получения на выходе гармонических колебаний определенной частоты требуется выполнение баланса фаз и баланса амплитуд
Электрические фильтры
Электрические фильтры – линейные четырехполюсники
Электрические фильтры – четырехполюсники, предназначенные для изменения частотного состава сигнала. Они обладают в некоторой област
Как у всякого четырехполюсника, характеристическое сопротивление фильтра
.
Через параметры конкретной схемы характеристическое сопротивление рассчитывается:
— для Т – образной схемы,
— для П – образной схемы.
Фильтры верхних частот ФВЧ
Фильтры верхних частот должны пропустить в нагрузку высокие частоты, а низкие и постоянную составляющую пропускать не должны или должны значительно их ослаблять.
Реактивные элементы здесь
Полосовые фильтры
У этих фильтров ослабление в диапазоне частот ωH… ωB — мало, а на остальных частотах велико (рис. 39). Полосовой фильтр можно представить как ФНЧ и ФВЧ, соед
Заграждающие фильтры
Как и полосовые, заграждающие фильтры относятся к категории избирательных (содержат колебательные контуры), но колебательные контуры поменялись местами (рис. 42).
Рис. 42. С
RC — фильтры
Пассивные RC-фильтры
На низких частотах LС фильтры оказываются неэффективными, т.к. имеют невысокую добротность — большие потери, но большие габариты и стоимость. В RC-фильтрах нет
Свойства нелинейных электрических цепей
Важнейшая особенность любой нелинейной цепи – для нее несправедлив принцип суперпозиции: отклик устройства на сумму воздействийнеравен сумме откликов на каждое воздействие в отдельности.
В
Аппроксимация характеристик нелинейных элементов
Как правило, ВАХ нелинейных элементов (НЭ) получают экспериментально. Отображение графика ВАХ в математической форме, пригодной для расчетов называется аппроксимацией. Требуется подобрать такую апп
Методы анализа отклика нелинейных цепей
Задачей анализа является определение токов и напряжений в этой цепи. Для определения формы и гармонических составляющих тока на выходе, если задана форма и гармонические составляющи
Однополосные передатчики
Как известно, при амплитудной модуляции передаются несущая частота, разностные верхняя и нижняя боковые полосы (рис. 5). Частота верхней боковой полосы равна сумме частоты несущей и частоты полезного модулирующего сигнала, тогда как частота нижней боковой полосы равна разности частоты несущей и частоты полезного модулирующего сигнала. Передатчик с одной боковой полосой, или SSB-передатчик (single-sideband modulation), отличается от классического АМ-передатчика тем, что передает только одну полосу частот — верхнюю или нижнюю боковую, а не обе. Таким образом, SSB-передатчик использует меньшую полосу частот, чем передатчик с АМ, но его преимущества заключаются не только в этом.
Рис. 5. Спектр АМ-сигнала
Основное преимущество однополосной амплитудной модуляции заключается в том, что при амплитудной модуляции 70% мощности передатчика расходуются на излучение сигнала несущей частоты, который не содержит полезной информации. Остальные 30% делятся поровну между боковыми частотными полосами, представляющими собой зеркальное отображение друг друга. Таким образом, без всякого ущерба для передаваемой информации можно исключить из спектра сигнала несущую и одну из боковых полос, расходуя всю мощность передатчика для излучения только полезного сигнала.
Недостатками технологии SSB являются жесткие требования к фильтрам, стабильности и точности опорных генераторов не только передатчика, но и приемника. В случае невыполнения этих требований возникают искажения сигнала. Из-за этого SSB-технология не применяется в аналоговом радиовещании.
На рис. 6 показана одна из возможных реализаций SSB-передатчика. В его состав входит генератор, обеспечивающий несущий сигнал, который перед поступлением в балансный модулятор усиливается до требуемого уровня. Кроме того, усиливается и полезный сигнал, например аудиосигнал. Еще до поступления на вход балансного модулятора полезный сигнал обрабатывается голосовым процессором — сжимается по динамическому диапазону. Это необходимо для того, чтобы избежать перемодуляции. Сигнал также ограничивается по спектру, что упрощает фильтрацию для выделения боковой полосы.
Рис. 6. Структурная схема SSB-передатчика с выделением боковой полосы фильтром
Затем сигнал с выхода балансного модулятора поступает в фильтр выделения боковой полосы. На практике при использовании этого SSB-метода применяются весьма сложные лестничные фильтры на кварцевых резонаторах или электромеханические фильтры. Фильтры позволяют выделить требуемую боковую полосу и подавить нежелательную. После фильтрации сигнал поступает в смеситель вместе с сигналом местного гетеродина. На выходе смесителя появляется высокочастотный сигнал необходимой частоты, который усиливается до необходимого уровня и излучается в эфир.
Что такое модуляция
Когда несколько разных наборов данных необходимо передать с использованием одного и того же носителя, каждый набор данных может быть отправлен с использованием волн разных частот. Вот как передаются радиопередачи. Таким образом, «частота» радиостанции относится к частоте, выбранной радиостанцией для передачи своей музыки. Выбранная частота называетсяперевозчик частота, Если послать простую волну несущей частоты, это будет просто монотонный звуковой сигнал! Чтобы передавать некоторые данные, необходимо каким-то образом модифицировать синусоидальную волну с несущей частотой.модуляция относится к этому процессу модификации.
В чем суть модуляции?
Возьмем высокочастотное колебание. Само по себе оно не несет никакой информации. Его мы будем использовать в качестве основного компонента передаваемого сигнала. Частоту этого колебания называют несущей.
Для того, чтобы начать передавать полезную информацию, нам нужно каким-нибудь образом видоизменить несущую частоту так, чтобы она повторяла закономерности сигнала, который мы хотим передать. Иными словами, нам нужно сделать так, чтобы она несла информацию о нашем полезном сигнале.
Это самое видоизменение называется модуляцией.
Модуляция осуществляется с помощью модулятора со стороны отправителя, а с помощью демодулятора на стороне получателя высокочастотный сигнал преобразуется обратно в низкочастотный. Они собраны в одно устройство под названием модем, которое получилось благодаря слиянию слов МОдулятор и ДЕМодулятор.
Есть разные принципы модуляции, некоторые из которых рассмотрим ниже.
Самым древним методом модуляции можно назвать прерывание несущей частоты, которое использовалось в телеграфах. Этот метод, конечно, нельзя назвать в полной мере модуляцией, но тем не менее о нем нельзя не упомянуть в данной теме.
Виды модуляции
Теперь рассмотрим более формальные определения.
| Определение: |
| Модуляцией называется процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала. |
| Определение: |
| Модулирующий сигнал — сигнал, хранящий передаваемую информацию. |
| Определение: |
| Несущий сигнал — сигнал, выполняющий роль переносчика информации. |
| Определение: |
| Модулированный сигнал — сигнал, получающийся после посадки модулирующего сигнала на несущий сигнал. |
| Фиксированный уровень | Гармонический сигнал | Импульсы |
|---|---|---|
| Прямая модуляция | Аналоговая модуляция | Импульсная модуляция |
| Цифровая модуляция |
Математика
В первой статье данной главы мы обсудили парадоксальную величину, называемую мгновенной частотой. Если вы считаете этот термин незнакомым или запутанным, вернитесь на эту страницу и прочитайте раздел «Частотная модуляция (ЧМ, англ. FM) и фазовая модуляция (ФМ, англ. PM)». Тем не менее, вы всё еще можете быть немного запутаны, и это понятно: идея мгновенной частоты нарушает основной принцип, согласно которому «частота» указывает, как часто сигнал завершает полный цикл: десять раз в секунду, миллион раз в секунду или сколько бы то ни было раз.
Мы не будем пытаться заниматься каким-либо тщательным или всесторонним рассмотрением мгновенной частоты в качестве математической концепции
(Если вы намерены подробно изучить эту проблему, вот академический документ, который должен помочь.) В контексте FM важно понять, что мгновенная частота естественно вытекает из того, что частота сигнала несущей изменяется непрерывно в ответ на модулирующую волну (т.е. низкочастотный сигнал)
Мгновенное значение модулирующего сигнала влияет на частоту в определенный момент, а не на частоту одного или нескольких полных циклов.
На самом деле это верно только для аналоговой частотной модуляции; в цифровой ЧМ один бит соответствует дискретному числу циклов. Это приводит к интересной ситуации, когда более старая технология (аналоговая ЧМ) менее интуитивно понятна, чем более новая технология (цифровая частотная модуляция, также называемая частотной манипуляцией или FSK (Frequency Shift Keying)).
Вам не нужно размышлять над мгновенной частотой, чтобы понимать цифровую частотную модуляцию
Как и в предыдущей статье мы будем обозначать несущую как sin(ωнесt). У нее уже есть частота (а именно, ωнес), поэтому мы должны использовать термин «дополнительное отклонение частоты» для обозначения частотной составляющей, внесенной процедурой модуляции. Этот термин несколько вводит в заблуждение, поскольку «дополнительное» подразумевает более высокую частоту, тогда как модуляция может приводить к несущей частоте, которая выше или ниже номинальной несущей частоты. Фактически поэтому частотная модуляция (в отличие от амплитудной модуляции) не требует смещенного низкочастотного сигнала: положительные значения низкочастотного сигнала увеличивают частоту несущей, а отрицательные значения низкочастотного сигнала уменьшают частоту несущей. В этих условиях демодуляция не является проблемой, поскольку все значения низкочастотного сигнала соответствуют уникальным частотам.
В любом случае, вернемся к нашему сигналу несущей: sin(ωнесt). Если мы добавим низкочастотный сигнал (xнч) к величине внутри круглых скобок, мы получим отклонение фазы, линейно пропорциональное низкочастотному сигналу. Но нам нужна частотная модуляция, а не фазовая, поэтому мы хотим, чтобы линейно пропорционально низкочастотному сигналу было отклонение частоты. Из первой статьи данной главы мы знаем, что мы можем получить частоту, взяв производную фазы по времени. Таким образом, если мы хотим, чтобы частота была пропорциональна xнч, мы должны добавить не сам низкочастотный сигнал, а скорее интеграл от низкочастотного сигнала (поскольку взятие производной отменяет интеграл, у нас остается xнч как отклонение частоты).
\
Единственное, что нам нужно здесь добавить, это индекс модуляции m. В предыдущей статье мы увидели, что индекс модуляции можно использовать для того, чтобы изменения амплитуды несущей были более или менее чувствительны к изменениям амплитуды низкочастотного сигнала. Его функция в FM аналогична: индекс модуляции позволяет нам точно настраивать интенсивность изменения частоты, которое возникает при изменении амплитуды низкочастотного сигнала.
\
Возможно, вам также будет интересно
Параметры имульсных сигналов Характеристики и возможности импульсной РЛС в большой степени определяются параметрами импульсного сигнала. Мощность, частоту следования, длительность и модуляцию импульса можно выбрать так, чтобы получить оптимальное сочетание для данного приложения. Мощность импульса непосредственно влияет на максимальную дальность до цели, которую РЛС способна обнаружить. Частота следования импульсов определяет максимальный диапазон однозначного измерения дальности. Длительность импульса определяет пространственное разрешение РЛС. Кроме
Известны различные варианты отражателей , предназначенных для калибровки радиолокационных станций, например металлические сферы или уголковые отражатели. Металлические сферы являются удобными эталонными рассеивателями, эффективную площадь рассеивания (ЭПР) которых можно точно вычислить. В силу симметрии рассеяния ЭПР у сферы постоянна и не зависит от длины волны излучаемой РЛС (при условии, что радиус сферы больше длины волны).
Электронная компонентная база (ЭКБ) является основой развития и поддержания конкурентоспособности всех современных высокотехнологичных систем и устройств. Предлагаемая вниманию статья открывает серию публикаций, посвященных проблемам, методологии и конкретным результатам внедрения в «отдельно взятой компании» прогрессивной технологической парадигмы. Распространение и дальнейшее развитие полученного опыта способно изменить структуру всей отечественной твердотельной СВЧ-микроэлектроники, превратив ее в эффективный инструмент обеспечения технологической независимости государства.
Частотное уплотнение FDM
Частотное уплотнение использует передачу в полосе пропускания, чтобы совместно использовать канал. Спектр делится на диапазоны частот, каждый пользователь получает владение некоторой полосой, в которой он может послать свой сигнал.
Наглядным примером частотного уплотнения служит AM-радиовещание. Его выделенный спектр составляет приблизительно 1 МГц, примерно от 500 до 1500 кГц. Другие частоты выделены другим логическим каналам (станциям), каждая станция действует в части спектра, с межканальным разделением, достаточно большим, чтобы предотвратить помехи.
На рисунке приведен пример объединения трех телефонных линий в одну. Можно заметить, что каждой линии выделяется полоса в 4000 Гц, хотя она занимает примерно 3100 Гц. Избыток в 900 Гц называется защитной полосой. Она сохраняет каналы хорошо отделенными друг от друга.
Цифровая модуляция (манипуляция)
Тот самый вид модуляции, который используется для передачи данных в компьютерных сетях.
| Определение: |
| Цифровой модуляцией называется процесс преобразования битов в соответствующие аналоговые сигналы. |
Цифровую модуляцию принято называть манипуляцией, поэтому часто может встречаться именно этот термин.
Носителем так же, как и в случае аналоговой модуляции является колебание.
Основные методы цифровой модуляции
- Амплитудная
- Частотная
- Фазовая
- Квадратурная амплитудная (амплитудно-фазовая)
| Амплитудная (ASK — Amplitude Shift Keying) | Частотная (FSK — Frequency Shift Keying) | Фазовая (PSK — Phase Shift Keying) | Квадратурная амплитудная (QAM — Quadrature Amplitude Modulation) |
|---|---|---|---|
| Меняется амплитуда импульсов | Меняется частота импульсов | Меняется фаза колебания | Меняется одновременно и амплитуда, и фаза |
| Для передачи 1 используется большая амплитуда, для передачи 0 — малая, иногда нулю соответствует отсутствие колебания. | Для передачи 1 используется высокая частота колебаний, для передачи 0 — низкая. | Для передачи 1 используется сдвиг фазы на . | Для передачи 1 используется большая амплитуда и сдвиг фазы на . |
Многопозиционные методы
Для разных видов манипуляции существуют методы, позволяющие передавать не только 0 и 1 в рамках одного сигнала, такие методы получили название многопозиционные.
Суть этих методов в том, что один элемент линейного сигнала несет информацию о большем числе битов, чем в обычных двухпозиционных методах.
Работает это очень просто. Например, в многопозиционной амплитудной манипуляции зададим не 2 амплитуды, которые будут кодировать 0 или 1, а 4, которые будут соответствовать 00, 01, 10, 11 по мере увеличения амплитуды. Для многопозиционной частотной манипуляции используется больше частот, а для многопозиционной фазовой манипуляции, соответственно, больше сдвигов.
Да, это действительно позволяет повысить удельную скорость передачи информации, но при этом начинают возникать ошибки, связанные с погрешностью передачи.
Рассмотрим самые распространенные методы:
BPSK, QPSK, 8-PSK
| BPSK | QPSK | 8-PSK |
|---|---|---|
| Binary Phase Shift Keying является обычной бинарной фазовой манипуляцией, которую мы рассматривали выше в рамках основных методов, позволяет закодировать 1 бит информации за сигнал. Не является многопозиционным методом. | Quadrature Phase Shift Keying переводится как квадратурная фазовая манипуляция и представляет собой разделение на 4 фазы, которые позволяют закодировать 2 бита за сигнал. | 8 Phase Shift Keying представляет собой разделение на 8 фаз, которые позволяют закодировать 3 бита за сигнал. |
QAM-16, QAM-64
С простой квадратурной амплитудной манипуляцией мы уже знакомы, теперь посмотрим на 2 многопозиционные вариации. Напомню, что это комбинация амплитудной и фазовой манипуляций.
QAM-16 использует 16 комбинаций амплитудных и фазовых сдвигов, которые позволяют передавать 4 бита информации за 1 сигнал, а с помощью QAM-64, который использует 64 комбинации, можно передать целых 6 бит за сигнал.
Каждая комбинация задается углом, который соответствует фазе и расстоянием от начала координат, которое показывает величину амплитуды.
Ниже показана симуляция принципа работы квадратурной амплитудной манипуляции на примере QAM-16 и расположение точек для QAM-16 и QAM-64 соответственно.
Выбор амплитудной или частотной модуляции
- Прибор разрешает включение только одного режима модуляции для канала. При включении амплитудной или частотной модуляции другие виды модуляции отключаются. На двухканальных моделях модуляции каналов не зависят друг от друга, и прибор может добавлять модулированные сигналы с двух каналов. Для получения подробной информации см. и COMBine:FEED.
- Прибор не разрешает включение амплитудной или частотной модуляции при выполнении развертки или при использовании пакетного режима. При включении амплитудной или частотной модуляции развертка и пакетный режим отключаются.
- Во избежание многократного изменения сигнала активируйте модуляцию после настройки остальных параметров модуляции.
-
Лицевая панель:
илиЗатем включите модуляцию.Сигнал – это результат, получаемый при использовании установленных настроек несущего и модулирующего сигнала. -
SCPI:
:]AM:STATe{ON|1|OFF|0}:]FM:STATe {ON|1|OFF|0}
Передатчики с ЧМ
Подобно AM, ЧМ-радиовещание играет важную роль в течение уже многих лет. В США FM-радиовещание осуществляется в частотном диапазоне 88–108 МГц. В отличие от амплитудной модуляции, при частотной модуляции пропорционально амплитуде модулирующего сигнала меняется не амплитуда, а частота несущей. В общем виде частотная модуляция гармонической несущей синусоидальным сигналом показана на рис. 3.
Рис. 3. Пример частотной модуляции
Величину изменения частоты называют частотной девиацией. В ЧМ-радиовещании в США и Европе, а также в России максимально допустимая девиация частоты составляет ±75 кГц.
На рис. 4 показана структурная схема одной из возможных реализаций типового ЧМ-передатчика. В этом конкретном передатчике используется т. н. косвенный метод формирования ЧМ-модуляции. Сигнал несущей генерируется опорным кварцевым генератором. Этот сигнал усиливается буферным усилителем до уровня, требуемого для функционирования фазового модулятора. Параллельно принимается, например с микрофона, и усиливается звуковой сигнал, который поступает на фазовый модулятор. Звуковой сигнал и несущая образуют частотно-модулированный сигнал на выходе фазового модулятора.
Рис. 4. Структурная схема ЧМ-передатчика с использованием косвенного метода формирования сигнала
В приведенном на рис. 4 примере построения передатчика с частотной модуляцией сигнала кварцевый генератор выдает сигнал несущей с частотой ниже конечной несущей частоты передаваемого сигнала. Следовательно, промодулированный сигнал должен проходить через частотный множитель, за которым установлен смеситель, а затем еще один умножитель частоты. Необходимо не только умножить частоту сигнала до заданной, но и обеспечить требуемую девиацию частоты. Уже сформированный сигнал усиливается предусилителем, а затем мощность сигнала до его поступления в передающую антенну увеличивается до заданной в оконечном УМ. Передаваемый сигнал, в конечном итоге, достигает приемной антенны ЧМ-приемника, который и восстанавливает исходную информацию. Такое построение передатчика обеспечивает высокую стабильность средней частоты несущей, что достаточно сложно реализовать при использовании прямого метода частотной модуляции.
Отношение сигнал/шум
Предположим, у вас дома есть телевизор, принимающий аналоговые передачи. На экране телевизора мы видим четкую картинку:
Но вдруг антенна на крыше вашего дома из-за сильного ветра слегка повернулась в сторону и изображение испортилось
Так антенна вообще с крыши отвалилась и теперь по телевизору мы видим примерно такое
В каком случае отношение сигнал / шум будет выше, а в каком — ниже? На первом изображении, где есть четкое изображение, отношение сигнал / шум будет очень большим, поскольку не на первом изображении мы не можем уловить какой-либо шум на изображении простым взглядом, хотя теоретически они есть).
На втором изображении мы видим, что на изображении присутствует некоторый шум, что затрудняет просмотр изображения. Здесь отношение сигнал / шум будет уже намного ниже, чем на первом изображении.
Ну а на третьем фото на изображении почти полностью преобладал шум. В этом случае можно сказать, что отношение сигнал / шум будет хорошим, очень маленьким.
Отношение сигнал / шум — безразмерная количественная величина.
В аналоговой электронике для нормальной работы усилителя полезный сигнал должен быть в несколько раз выше шума, иначе это сильно скажется на качестве усиления, так как полезный сигнал добавляется к шумовому сигналу.
Отношение сигнал / шум в англоязычной литературе обозначается как SNR или S / N.
Поскольку это соотношение иногда достигает очень больших числовых значений, поэтому чаще всего выражается в децибелах:
где это находится
Usignal — действующее значение полезного сигнала, В
Unise — среднеквадратичное значение шумового сигнала, В
Psignal — мощность сигнала
Pnoise — сила шума
То есть в нашем случае с кошкой на первом изображении амплитуда полезного видеосигнала была в несколько раз больше, чем амплитуда шума, поэтому первое изображение было четким. На третьем изображении амплитуда полезного видеосигнала была почти равна амплитуде шума, поэтому изображение получилось очень зашумленным.
Другой пример. Вот синусоида с SNR = 10:
А вот такой же синус с SNR = 3
Как видите, сигнал с SNR = 10 намного чище, чем SNR = 3.
SNR чаще всего встречается при описании характеристик аудиоусилителя. Чем выше SNR, тем лучше качество звука усилителя. Для аудиосистем HI-FI этот показатель должен составлять от 90 дБ и более. Для телефонных разговоров достаточно 30 дБ.
На практике SNR измеряется на выходе усилителя с помощью истинного среднеквадратичного милливольтметра или анализатора спектра.
цифровая частота и фаза модуляция
Различия между AM и FM стали весьма значительными, когда мы входим в сферу цифровой модуляции. Первым фактором является частота ошибок в битах. Очевидно, что система любой битовой ошибки будет зависеть от различных факторов, но если мы сравним математически бинарную систему PSK с двоичной системой FSK эквивалентной, мы находим, что FSK трек нужен гораздо больше энергии передачи для достижения той же скорости битовых ошибок. Это является преимуществом цифровой фазовой модуляции.
Но общий цифровой PM также имеет два существенных недостатка.
- Как обсуждалось в цифровой фазовой модуляции, обычный PSK (то есть не дифференциал) Он не совместим с некогерентных приемников. L’FSK, наоборот, Она не требует когерентного детектирования.
- Обычные схемы PSK, в частности, QPSK, включают резкие изменения фазы, которые вызывают изменения в высоком склоне сигнала и высокую крутизну сигнала секции убывающей амплитуды, когда сигнал обрабатывается низкочастотным фильтром. Эти вариации амплитуды в сочетании с нелинейной амплификации приводят к задаче называемого спектрального отрастание. Для снижения спектрального подроста мы можем использовать более линейный усилитель мощности (и, следовательно, менее эффективным) или внедрить специализированную версию PSK. Или мы можем пойти в FSK, не требуя никаких резких изменений фазы.
- Амплитудная модуляция просто, но он чувствителен к шуму и требует усилителя мощности высокой линейности.
- Частотная модуляция менее чувствительна к амплитуде шума, и может быть использован с высокой эффективностью и низкой линейности усилителей.
- Фазовая модуляция цифровая предлагает лучшие теоретические характеристики с точкой зрения битовой ошибки по отношению к частоте модуляции цифровой, но цифровой FM-имеет преимущество в низких энергетических системах, поскольку он не требует усилителя высокой линейности.
Здесь вы можете увидеть вариации амплитуды вызванных нижних частот фильтрации сигнала ФМн.
При этом я считаю вопрос закрытым, если есть запросы о я продолжу с объяснением демодуляции и идентифицировать переданный сигнал.
Вот прямая ссылка на Width Modulation
Вот прямая ссылка на Частотная модуляция
Вот прямая ссылка на фазовая модуляция
Amilcare
| ГОЛОСОВАНИЕ |
Передатчики с АМ
В России для радиовещания с АМ-модуляцией используется диапазон несущих частот 526,5–1606,5 кГц. В США AM-радиовещание ведется в диапазоне 540–1700 кГц с интервалами 10 кГц. Амплитудная модуляция в диапазоне средних волн применяется также в авиационной связи.
При AM-модуляции модулирующий, или звуковой, сигнал изменяет мгновенную амплитуду несущего сигнала. Фактически мгновенное значение амплитуды несущего сигнала определяется мгновенной амплитудой модулирующего сигнала. В общем виде амплитудная модуляция гармонической несущей синусоидальным сигналом показана на рис. 1.
Рис. 1. Принцип амплитудной модуляции
На рис. 2 показана структурная схема высокоуровневого передатчика с амплитудной модуляцией АМ . Генератор создает сигнал несущей, который усиливается буферным усилителем, а затем еще раз усиливается предусилителем, или драйвером. Предусилитель должен поднять уровень мощности сигнала до величины, достаточной для управления последним каскадом передатчика — усилителем мощности.
Рис. 2. Структурная схема многоуровневого AM-передатчика
Звуковой сигнал, например с микрофона, поступает на предварительный усилитель и усиливается. После усиления аудиосигнал подается в голосовой процессор, осуществляющий обработку речевых сигналов. Она необходима для того, чтобы обеспечить ограничение или компрессию звукового сигнала, т. е. уменьшить динамический диапазон звукового сигнала, не допустив перемодуляции и возникающих по этой причине нелинейных искажений при приеме сигналов с АМ. Кроме того, осуществляется ограничение полосы передаваемых частот внеполосного излучения, предельные уровни которого регламентируются соответствующими стандартами. Далее предусилитель модулятора повышает звуковой сигнал до уровня, достаточного для управления усилителем модулятора.
Затем выходной сигнал усилителя модулятора модулирует УМ конечного каскада. В генерации сигнала с AM-модуляцией на выходе УМ используются управляющий аудиосигнал и несущая, поступающая на вход УМ. Этот AM-сигнал подается в антенну и излучается. Далее в игру вступает AM-приемник, который принимает сигнал и, в свою очередь, восстанавливает исходный звуковой сигнал.