Модуляція - це ... Широтно-імпульсна модуляція

Стикаючись в повсякденному житті з новими поняттями, багато хто намагається знайти відповіді на свої питання. Саме для цього необхідно описувати будь-які явища. Одним з них є таке поняття, як модуляція. Про нього і піде мова далі.

Загальний опис

Модуляція - це процес зміни одного або цілого набору параметрів високочастотного коливання відповідно до закону інформаційного низькочастотного повідомлення. Результатом цього є перенесення спектра сигналу в область високих частот, так як ефективне мовлення в простір вимагає, щоб всі приймально-передавальні пристрої функціонували на різних частотах, не перебиваючи один одного. Завдяки цьому процесу інформаційні коливання поміщаються на несучу, апріорно відому. У керуючому сигналі міститься інформація, що передається. Високочастотне коливання бере на себе роль переносника інформації, за рахунок чого набуває статус несе. У керуючому сигналі закладені передані дані. Існують різні типи модуляції, які залежать від того, якої форми коливання використовують: прямокутні, трикутні або якісь інші. при дискретно сигналі прийнято говорити про маніпуляції. Отже, модуляція - це процес, який передбачає коливання, тому вона може бути частотної, амплітудної, фазової та ін.

різновиди

Тепер можна розглянути, які види цього явища існують. По суті, модуляція - це процес, при якому низькочастотна хвиля переноситься високочастотної. Найчастіше використовуються такі види: частотна, амплітудна і фазова. при частотної модуляції відбувається зміна частоти, при амплітудної - амплітуди, а при фазової - фази. Існують і змішані види. Імпульсна модуляція і модифікація відносяться до окремих видів. В цьому випадку параметри високочастотного коливання змінюються дискретно.

амплітудна модуляція

У системах з таким видом зміни відбувається зміна амплітуди несучої хвилі з високою частотою за допомогою модулюючим хвилі. При аналізі частот на виході виявляються не тільки вхідні частоти, але і їх сума і різниця. У цьому випадку, якщо модуляція - це комплексна хвиля, як, наприклад, мовні сигнали, що складаються з безлічі частот, то для суми і різниці частот потрібно дві смуги, одна нижче несучої, а друга вище. Їх називають бічними: верхньої і нижньої. Перша - це копія первісного звукового сигналу, зрушеного на певну частоту. Нижня смуга - це копія початкового сигналу, що пройшла інвертування, тобто оригінальні верхні частоти - це нижні частоти в нижній боковий.

Нижня бічна є дзеркальне відображення верхньої бічної щодо частоти несучої. Система, що використовує амплітудну модуляцію, передає несучу і обидві бічні, називається двосмугової. Несуча не містить корисної інформації, тому її можна прибрати, але в будь-якому випадку смуга сигналу буде в два рази більше початкової. Звуження смуги досягається за рахунок витіснення як несучою, а й однією з бічних, так як в них міститься одна інформація. Цей вид відомий як однополосной модуляції з пригніченою несучої.

Відео: Лекція 12: ШІМ

демодуляція

Для цього процесу потрібно змішати модульований сигнал з несучою тієї ж частоти, що випускається модулятором. Після цього виходить початковий сигнал у вигляді окремої частоти або смуги частот, а потім фільтрують від інших сигналів. Іноді генерування несучої для демодуляції відбувається на місці, при цьому вона не завжди збігається з частотою несучої на самому модуляторе. Через невеликої різниці між частотами з`являються розбіжності, що характерно для телефонних мереж.

імпульсна модуляція

В даному випадку використовується цифровий сигнал, що модулює, тобто це дозволяє кодувати більше одного біта на бод за допомогою кодування бінарного сигналу даних в сигнал з кількома рівнями. Біти бінарних сигналів іноді розбивають на пари. Для пари біт можна використовувати чотири варіанти комбінації, при цьому кожна пара буває представлена одним з чотирьох рівнів амплітуди. Такий закодований сигнал характеризується тим, що швидкість модуляції в бодах наполовину меншим від попереднього сигналу даних, тому його можна використовувати для амплітудної модуляції звичайним чином. Своє застосування вона знайшла в радіозв`язку.

частотна модуляція

Системи з такою модуляцією припускають, що частота несучої буде змінюватися відповідно до форми модулюючого сигналу. Цей вид перевершує амплитудную в плані стійкості до певних дій, які є на телефонній мережі, тому його варто використовувати на низьких швидкостях, де немає необхідності в залученні великої смуги частот.

Фазо-амплітудна модуляція

Щоб збільшити число біт на бод, можна скомбінувати фазову і амплітудну модуляції.

В якості одного з сучасних методів амплітудно-фазової модуляції можна назвати той, який базується на передачі декількох несучих. Наприклад, в якомусь додатку використовується 48 несучих, розділених смугою в 45 Гц. За допомогою комбінування амплітудної і фазової модуляції для кожної несучої виділяється до 32 дискретних станів на кожен окремий період бода, завдяки чому можна переносити по 5 біт на бод. Виходить, що вся ця сукупність дозволяє переносити 240 біт на бод. При роботі зі швидкістю 9600 біт / с швидкість модуляції вимагає лише 40 бод. Такий низький показник досить терпимо до амплітудних і фазових стрибків, властивим телефонної мережі.

Імпульсно-кодова модуляція

Цей вид зазвичай розглядається в якості системи для трансляції аналогових сигналів, наприклад, голос в цифровому вигляді. Ця техніка модуляції не використовується в модемах. Тут відбувається стробирование аналогового сигналу зі швидкістю, вдвічі перевищує найвищу частоту компонента сигналу в аналоговій формі. При використанні таких систем на телефонних мережах стробирование відбувається 8000 разів в секунду. Кожен відлік - це рівень напруги, закодований семібітним кодом. Щоб якнайкраще представити розмовну мову, використовується кодування за логарифмічною закону. Сім біт спільно з восьмим, що говорять про наявність сигналу, формують октет.

Для відновлення сигналу повідомлення потрібно модуляція і детектування, тобто зворотний процес. При цьому сигнал перетворюється нелінійним способом. Нелінійні елементи збагачують спектр вихідного сигналу новими компонентами спектра, а для виділення низькочастотних компонентів використовуються фільтри. Модуляція і детектування можуть здійснюватися із застосуванням вакуумних діодів, транзисторів, напівпровідникових діодів як нелінійних елементів. Традиційно використовуються точкові напівпровідникові діоди, так як у площинних вхідна ємність помітно більше.

сучасні види

Цифрова модуляція забезпечує набагато більшу інформаційну ємність і забезпечує сумісність з різноманітними службами цифрових даних. Крім цього з її допомогою підвищується захищеність інформації, поліпшується якість систем зв`язку, і прискорюється доступ до них.

Існує ряд обмежень, з якими стикаються розробники будь-яких систем: допустима потужність і ширина частотної смуги, заданий шумовий рівень систем зв`язку. З кожним днем збільшується чисельність користувачів систем зв`язку, а також зростає попит на них, що вимагає збільшення радіоресурсу. Цифрова модуляція помітно відрізняється від аналогової тим, що несуча в ній передає великі обсяги інформації.

Відео: Широтно Імпульсна Модуляція на Arduino

складнощі використання

Перед розробниками систем цифрового радіозв`язку коштує така основна задача - знайти компроміс між шириною смуги трансляції даних і складністю системи в технічному плані. Для цього доречно використовувати різні методи модуляції, щоб отримати необхідний результат. Радіозв`язок можна організувати і при використанні найпростіших схем передавача і приймача, але для такого зв`язку буде використовуватися спектр частот, пропорційний чисельності користувачів. Для більш складних приймачів і передавачів потрібна менша смуга частот для трансляції інформації в тому ж обсязі. Для переходу до спектрально-ефективних методів передачі необхідно ускладнити обладнання відповідним чином. Ця проблема не залежить від виду зв`язку.

альтернативні варіанти

Широтно-імпульсна модуляція характеризується тим, що її має сигнал являє собою послідовність імпульсів, при цьому частота імпульсів постійна. Зміни стосуються тільки тривалості кожного імпульсу відповідно модулюючій сигналу.

Широтно-імпульсна модуляція відрізняється від частотно-фазового. Остання передбачає модуляцію сигналу у вигляді синусоїди. Він характеризується постійною амплітудою і змінною частотою або фазою. Імпульсні сигнали теж можна промодулірованной по частоті. Може бути тривалість імпульсів фіксована, а їх частота знаходиться в якомусь середньому значенні, а ось їх миттєве значення буде змінюватися в залежності від модулюють сигналів.

висновки

Можна використовувати прості види модуляції, при цьому тільки один параметр буде змінюватися відповідно з модулюючим інформацією. Комбінована схема модуляції, яка застосовується в сучасному обладнанні для роботи зв`язку, - це коли відбувається одночасна зміна і амплітуди, і фази несучої. У сучасних системах може використовуватися кілька піднесуть, для кожної з яких використовується модуляція певного виду. У цьому випадку мова йде про схеми модуляції сигналів. Використовується цей термін і для складних багаторівневих видів, коли для вичерпної інформації потрібне додаткове опис характеристик.

У сучасних системах зв`язку використовуються найбільш ефективні типи модуляції, завдяки чому забезпечується мінімізація ширини смуги з метою звільнення частотного простору для інших видів сигналів. Якість зв`язку від цього тільки виграє, проте складність обладнання в даному випадку виявляється дуже висока. В кінцевому підсумку частота модуляції дає результат, видимий кінцевому користувачеві тільки в плані зручності використання технічних засобів.