Амплитудная модуляция

Скачать

Использование модуляции для определения требуемых свойств каналов, сокращения избыточности модулированных сигналов, расчета потенциальной помехоустойчивости и электромагнитной совместимости различных систем передачи информации. Виды амплитудной модуляции.

Размер: 767,1 K
Тип: контрольная работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Исследование спектров немодулированных и модулированных колебаний и сигналов
Исходная математическая форма ряда Фурье. Спектр простого гармонического сигнала, периодического аналогового сигнала, бинарного периодического сигнала...

Электрооптические модуляторы света
Управление лазерным пучком и контроль сигнала излучения с высокой скоростью с помощью электрооптической модуляции. Продольная и поперечная, амплитудна...

Квадратурная амплитудная модуляция
Квадратурные и аналоговые квадратурные модуляторы и демодуляторы. Цифровые модуляторы с интерполятором и ЦАП, с АЦП и дециматором. Модемные протоколы,...

Амплитудная модуляция гармонического переносчика
Тональное амплитудно-модулированное колебание. Спектральная диаграмма при произвольном законе модуляции. Результат свертки. Частичная демодуляция нагр...

Цифровая обработка сигналов
Проектирование среднескоростного тракта передачи между источниками и получателями данных. Использование системы с решающей обратной связью, непрерывно...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Исследование различных видов модуляции необходимо для определения требуемых свойств каналов, сокращения избыточности модулированных сигналов и улучшения использования мощности передающих устройств, определения потенциальной помехоустойчивости, помех соседним каналам и решения проблем электромагнитной совместимости различных систем передачи информации.

Общий принцип модуляции состоит в изменении параметров носителя информации s (t, a, b, c …) в соответствии с передаваемым сообщением (a, b, c - информационные параметры). Если в качестве переносчика выбрано гармоническое колебание

s(t) = Acos(щt + и) = A(t)cosш(t) (1.1),

то можно образовать три вида модуляции: амплитудную (АМ), частотную (ЧМ), фазовую (ФМ).

Амплитудная модуляция - вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда.

1. Применение в радиотехнике

История:

Амплитудная модуляция исторически была первым видом модуляции примененным на практике.

Первый опыт передачи речи и музыки по радио методом амплитудной модуляции произвёл в 1906 году американский инженер Р. Фессенден. Несущая частота 50 кГц радиопередатчика вырабатывалась машинным генератором (альтернатором), для её модуляции между генератором и антенной включался угольный микрофон, изменяющий затухание сигнала в цепи.

С 1920 года вместо альтернаторов стали использоваться генераторы на электронных лампах. Во второй половине 1930-х годов, по мере освоения ультракоротких волн, амплитудная модуляция постепенно начала вытесняться из радиовещания и радиосвязи на УКВ частотной модуляцией.

В СССР в 1939 году был изобретен еще один метод амплитудной модуляции, называемы полярной модуляцией (ПМ), автор - А.И. Косцов. При полярной модуляции положительные и отрицательные полуволны несущей модулируются независимо. Теоретически можно с помощью полярной модуляции передавать стереофонический сигнал, модулируя несущее колебание левыми и правым сигналом стереопары. Этот принцип лег в основу отечественной системы стереовещания (УКВ).

С середины XX века в служебной и любительской радиосвязи на всех частотах внедряется модуляция с одной боковой полосой (ОБП), которая имеет ряд важных преимуществ перед АМ. Поднимался вопрос о переводе на ОБП и радиовещания, однако это потребовало бы замены всех радиовещательных приёмников на более сложные и дорогие, поэтому не было осуществлено. В конце XX века начался переход к цифровому радиовещанию с использованием сигналов с амплитудной манипуляцией.

Современное время:

В настоящее время АМ применяется в основном только для радиовещания на сравнительно низких частотах (не выше коротких волн) и для передачи изображения в телевизионном вещании. Это обусловлено низким КПД использования энергии модулированных сигналов.

В любительских или служебных УКВ диапазонах АМ не получила особого распространения, за исключением так называемого "авиационного диапазона" (связь борт - земля) (118-136 МГц).

Промышленность выпускает специализированные процессоры, предназначенные для работы в звуковом тракте АМ-радиовещания. В таком аппарате происходит многополосная компрессия и лимитирование звукового сигнала и формируется напряжение смещения для управления модулятором передатчика. А лимитер в АМ-процессоре имеет особенности: отрицательную полуволну звукового сигнала надо ограничить раньше, чем положительную, это позволяет избежать перемодуляции в передатчике и снизить искажения при детектировании. При синтезе звука АМ используется целенаправленно - с ее помощью формируется огибающая сигнала. Большая часть регуляторов в синтезаторе имеет отношение к АМ.

2. Амплитудная модуляция (АМ)

Амплитудной модуляцией (АМ) называется образование сигнала путем изменения амплитуды гармонического колебания пропорционально мгновенным значением напряжения или тока другого электрического сигнала (сообщения); процесс изменения несущего колебания, соответствующего изменению непрерывного информационного сигнала.

В процессе амплитудной модуляции амплитуда U0 несущего колебания u0 (t) = U0 cos(щt+ц) перестает быть постоянной и изменяется по закону передаваемого сообщения. Амплитуда U(t) несущего колебания может быть связана с передаваемым сообщением соотношением:

U(t) = U0 + kA e(t), (1.1)

где U0 - амплитуда несущего колебания в отсутствии сообщения (немодулированное колебание); e(t) - функция, зависящая от времени, соответствующая передаваемому сообщению (ее называют модулирующим сигналом); kA - коэффициент пропорциональности, отражающий степень влияния модулирующего сигнала на величину изменения амплитуды результирующего сигнала (модулированного колебания).

Выражение для амплитудно-модулированного сигнала в общем случае имеет вид:

uАМ(t) = [U0 + kA e(t)] cos(щ0t+ц). (1.2)

Простейший для анализа случай амплитудно-модулированного колебания получается, если в качестве модулирующего сигнала используется гармоническое колебание (такой случай называется тональной модуляцией):

e(t) = E cos(?Щt+И), (1.3)

где Е - амплитуда, ?Щ - угловая частота; И - начальная фаза модулирующего сигнала.

Для упрощения анализа будем полагать начальные фазы колебаний равными нулю, что не повлияет на общность выводов. Тогда для тональной амплитудной модуляции можно записать:

uАМ(t) = [U0 + kA E cos?Щt] cosщ0t = U0 [1+ MA cos?Щt] cosщ0t, (1.4)

где МA = Е/U0 - коэффициент амплитудной модуляции (иногда говорят - глубина амплитудной модуляции).

Для определения спектра амплитудно-модулированного колебания выполним несложные преобразования выражения (1.4):

uАМ(t) =U0 cosщ0t + U0 MA cos?Щt cosщ0t = U0 cosщ0t + (U0 MA/2) cos(щ0 - ?Щ)t + (U0 MA/2) cos(щ0 + ?Щ)t. (1.5)

Из анализа выражения (1.5) следует, что при амплитудной модуляции гармоническим колебанием спектр амплитудно-модулированного сигнала содержит три гармонические составляющие. Гармоническая составляющая с частотой, равной щ0, представляет собой исходную немодулированную несущую с частотой щ0 и амплитудой U0. Гармонические составляющие с частотами, равными (щ0 - ?Щ) и (щ0 + ?Щ) представляют собой продукт амплитудной модуляции и называются, соответственно, нижней и верхней боковыми составляющими. Амплитуды боковых составляющих одинаковы, равны U0MA/2 и расположены симметрично относительно несущей частоты щ0 на расстоянии, равном - ?Щ. Таким образом, ширина полосы частот Дщ, занимаемая амплитудно-модулированным колебанием при модуляции гармоническим сигналом с частотой ?Щ, равна Дщ =2?Щ. Графики несущего колебания u0(t), модулирующего сигнала е(t) и амплитудно-модулированного сигнала uАМ(t) приведены на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 Тональная амплитудная модуляция: а) несущее колебание и его спектр (б); в) модулирующий сигнал и его спектр (г); д) амплитудно-модулированное колебание и его спектр (е)

При отсутствии модуляции (МA = 0) амплитуды боковых составляющих равны нулю и спектр амплитудно-модулированного сигнала состоит только из несущего колебания с частотой щ0. При коэффициенте амплитудной модуляции МA < 1 амплитуда результирующего колебания изменяется от максимального значения UMAX = U0(1 + MA) до минимального UMIN = U0(1 - MA). Таким образом, коэффициент МA амплитудной модуляции может быть определен как

МA = (UMAX - UMIN)/(UMAX + UMIN). (1.6)

При коэффициенте амплитудной модуляции МA >1 возникают искажения, называемые перемодуляцией (рисунок 1.2). Такие искажения могут приводить к потере информации и их стараются не допускать.

Рис. 1.2 Тональная амплитудная модуляция при коэффициенте МA > 1: а) модулирующий сигнал; б) амплитудно-модулированное колебание и его спектр (в)

Подобный подход можно применить и к анализу амплитудно-модулированных колебаний сложной формы. В этом случае периодический модулирующий сигнал может быть представлен набором гармонических составляющих, частота которых кратна периоду исходного сигнала. Каждая из гармоник модулирующего сигнала сформирует в спектре амплитудно-модулированного колебания две боковые составляющие, симметрично отстоящие от несущей на величину, равную частоте соответствующей гармоники. Для примера, если спектр модулирующего сигнала имеет вид, представленный на рисунке 1.3,а, то спектр амплитудно-модулированного колебания может быть представлен диаграммой, приведенной на рисунке 1.3,б.

Рис. 1.3 Спектры сигналов: а) модулирующего сигнала; б) амплитудно-модулированного колебания

В общем случае, ширина ПАМ спектра амплитудно-модулированного колебания равна

ПАМ = 2 ?ЩВ,...