Федеральноеагентство связи.
Государственноеобразовательное учреждение.
Высшееучебное заведение.
«Сибирскийгосударственный университет телекоммуникации и информатики».
Кафедра БИС.
ДПР поосновам телекоммуникации на тему: модуляция и её разновидности.
Выполнил: студент I курса,
МРМ, Гр-пы С-07
Водичев Александр.
Новосибирск-2010.
Содержание
Введение
Понятие модуляции
Виды модуляции
Импульсная модуляция
Демодуляция сигналов
Смешанные виды модуляции
Особенности импульсной модуляции
Спектр сигнала АИМ
Модуляция случайными функциями
Заключение
Список используемой литературы
Введение
В своём реферате я опишусвойства модуляции и её виды. Опишу, что такое модуляция, что можно с еёпомощью делать.
Если говорить своимисловами, то модуляция-это процесс преобразования оного сигнала в другой, длятого чтобы передать сообщение в нужное место. А ещё есть процесс обратныймодуляции, и называется он демодуляцией. И заключается он в том, чтобыпреобразовать принятое сообщение в первоначальный вид. Отсюда следует, чтопроцесс полной передачи сообщения состоит из трёх основных этапов: первый этап,это процесс изменения сигнала для того, чтобы его передать; второй этап, этопередача сообщения; и третий этап, это возвращение сообщения в его начальныйвид. И даже есть разные виды переносчиков. И для каждого вида переносчика естьразличные виды модуляции.
Ещё есть система связи.Система связи, она же система передачи информации, в неё входят передатчик,канал и приёмник. Передатчик – средство для передачи сообщений. Канал передачи– это технические устройства и физическая среда, в которой сигналыраспространяются от передатчика к приёмнику. А приёмник – это средство дляприема сообщений и сигналов.
/>
Так выглядит системапередачи сообщений.
В процессе передачи насообщения воздействуют различные помехи. Все помехи для упрощения условнообъединены в одном источнике помех.
Характеристики системысвязи можно разделить на внешние и внутренние. К внешним характеристикам, по которымполучатель оценивает качество связи, относят верность, скорость исвоевременность передачи. Внутренние характеристики позволяют оценить степеньиспользования предельных возможностей системы. К ним относятсяпомехоустойчивость и эффективность.
Перечисленные важнейшиехарактеристики систем передачи тесно связаны между собой. Эффективностьиспользования существующих систем и обоснованность выбора принципов построенияновых систем во многом будут зависеть от того, насколько полно разработчикиаппаратуры используют свойства сообщений, сигналов и помех, а также особенностиих преобразований в каналах и различных свойствах системы.
Цель работы
Цель моей работы понять,что такое модуляция, разобрать все её свойства, особенности и все существующиевиды. Понять, как передаются сообщения и принимаются, зашифровываются ирасшифровываются. Рассмотреть, как воздействуют помехи на качество передаваемыхсообщений. Узнать какими приборами сигналы преобразуются из одного вида вдругой.
Понятие модуляции
Процесс преобразованияпервичного сигнала заключается в изменении одного или нескольких параметровнесущего колебания по закону изменения первичного сигнала (то есть в наделениинесущего колебания признаками первичного сигнала) и называется модуляцией.
Перенос сигнала из однойточки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Электрическийсигнал является, по сути, формой представления сообщения для передачи егосистемой электросвязи.
Обычно в качествепереносчика используют гармоническое колебание высокой частоты – несущееколебание. Гармоническое колебание, выбранное в качестве несущего, полностьюхарактеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой.Модуляцию можно осуществить изменением, любого из трёх параметров по законупередаваемого сигнала. Источник сообщения формирует сообщение а(t), которое с помощью специальныхустройств преобразуется в электрический сигнал s(t). При передачеречи такое преобразование выполняет микрофон, при передачи изображения –электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы – передающая частьтелеграфного аппарата.
Чтобы передать сигнал всистеме электросвязи, нужно воспользоваться каким-либо переносчиком. В качествепереносчика естественно использовать те материальные объекты, которые имеютсвойство перемещаться в пространстве, например, электромагнитное поле в проводах(проводная связь), в открытом пространстве (радиосвязь), световой луч(оптическая связь).
Таким образом, в пунктепередачи первичный сигнал s(t) необходимо преобразовать в сигнал v(t), удобный для его передачи по соответствующей среде распространения.В пункте приёма выполняется обратное преобразование. В отдельных случаях(например, когда средой распространения является пара физических проводов, какв городской телефонной связи) указанное преобразование сигнала можетотсутствовать.
Доставленный в пунктприёма сигнал должен быть снова преобразован в сообщение (например, с помощьютелефона или громкоговорителя при передаче речи, электронно-лучевой трубки припередаче изображения, приёмной части телефонного аппарата при передачителеграммы) и затем передан получателю.
Передача информациивсегда сопровождается неизбежным действием помех и искажений. Это приводит ктому, что сигнал на выходе системы электросвязи s(t)и принятоесообщение a(t) могут в какой-то мере отличаться от сигнала на входе s(t)и переданного сообщения а(t). Степень соответствия принятого сообщения переданномуназывают верностью передачи.
Для различных сообщенийкачество их передачи оценивается по-разному. Принятое телефонное сообщениедолжно быть достаточно разборчивым, абонент должен быть узнаваемым. Длятелевизионного сообщения существует стандарт (хорошо известная всемтелезрителям таблица на экране телевизора), по которому оценивается качествопринятого изображения.
Количественной оценкойверности передачи дискретных сообщений служит отношение числа ошибочно принятыхэлементов сообщения к числу переданных элементов – частота ошибок (иликоэффициент ошибок).
Спектр модулированнойнесущей или угловой модуляции даже при гармоническом первичном сигнале s(t) состоит из бесконечного числа дискретных составляющих,образующих нижнюю и верхнюю боковые полосы спектра, симметричные относительнонесущей частоты и имеющие одинаковые амплитуды. Иногда отдельно рассматриваютмодуляцию гармонического несущего колебания по амплитуде, частоте или фазедискретными первичными сигналами s(t), например телеграфными или передачиданных.
Модуляцию гармоническогонесущего колебания первичным сигналом s(t) называют непрерывной, так как вкачестве переносчика выбран непрерывный периодический сигнал v0(t).
Сравнение различных видовнепрерывной модуляции позволяет выявить их особенности. При амплитудноймодуляции ширина спектра модулированного сигнала, как правило, значительноменьше, чем при угловой модуляции (частотной и фазовой). Таким образом, на лицоэкономия частотного спектра: для амплитудно-модулированных сигналов можноотводить при передачи более узкую полосу частот.
Чтобы правильно выбратьканал связи для передачи по нему модулированных сигналов, необходимо знатьтакие характеристики последних, как пиковая и средняя мощность, а такжеэнергетический спектр. Эти характеристики модулированных сигналов отличаются отаналогичных характеристик сообщений, которыми производится модуляция. Дляразличных видов модуляции соотношения между характеристиками сообщения имодулированного сигнала различны. Например, ширина спектра сигнала ЧМ больше,чем ширина спектра сигнала АМ, хотя модуляция производится одним и тем жесообщением.
Сообщения представляютсобой некоторые случайные процессы, поэтому сигналы, получающиеся в результатемодуляции, также являются случайными, и для отыскания упомянутых вышехарактеристик сигналов следует использовать методы теории случайных процессов.
Однако в подавляющембольшинстве случаев более наглядное представление о свойствах модулированныхсигналов можно получить, предположив, что модуляция производится некоторыми детерминированнымифункциями, такими, как гармоническое колебание или периодическаяпоследовательность импульсов известной формы. Эти функции можно рассматривать,как отдельные реализации из ансамбля возможных сообщений.
модуляция передача сигнал гармонический
Виды модуляции
Существует два видапереносчиков: гармонический и импульсный.
Для гармоническогопереносчика возможны три вида модуляции: амплитудная модуляция (АМ), фазовая(ФМ) и частотная (ЧМ).
Для импульсногопереносчика возможны четыре вида модуляции: амплитудно-импульсная, иливысотно-импульсная модуляция (АИМ), когда по закону передаваемого сигналаизменяется амплитуда импульсов, фазо-импульсная, или время-импульсная(ФИМ)-изменяется фаза импульсов, широтно-импульсная или модуляция подлительности (ШИМ), когда изменяется ширина импульсов и, наконец, либочастотно-импульсная (ЧИМ)-изменяется частота следования импульсов, либоинтервально-импульсная (ИИМ).
Модуляцию ФИМ и ЧИМобъединяют во временно-импульсную (ВИМ). Между ними существует связь,аналогичная связи между фазовой и частотной модуляцией синусоидальногоколебания.
Спектры ШИМ, ЧИМ, и ФИМимеют более сложный вид чем спектр сигнала АИМ.
Импульсные последовательностиАИМ, ШИМ, ЧИМ, и ФИМ называются последовательностями видеоимпульсов. Еслипозволяет среда распространения, то видеоимпульсы передаются без дополнительныхпреобразований (например, по кабелю). Однако по радиолиниям передатьвидеоимпульсы невозможно. Тогда сигнал подвергают второй ступени преобразования(модуляции).
Модулируя с помощьювидеоимпульсов гармоничное несущее колебание достаточно высокой частоты,получают радиоимпульсы, которые способны распространяться в эфире. Полученные врезультате сочетания первой и второй ступеней модуляции сигналы могут иметьназвания АИМ-АМ, ФИМ-АМ, ФИМ-ЧМ и др.
Сравнение импульсныхвидов модуляции показывает, что АИМ имеет меньшую ширину спектра по сравнению сШИМ и ФИМ. Однако последние более устойчивы к воздействию помех. Дляобоснования выбора метода модуляции в системе передачи необходимо сравнить этиметоды по различным критериям: энергетическим затратам на передачу сигнала,помехоустойчивости (способности модулированных сигналов противостоять вредномувоздействию помех), сложности оборудования и др.
/>
Модулированные по ширине(ШИМ) и по фазе (ФИМ) видеоимпульсы.
Воздействие сообщения намодулируемый параметр может повлечь за собой изменение других параметров.Например, частотная модуляция гармонического переносчика сопровождаетсяизменением начальной фазы, и наоборот. Однако одновременное воздействие нанесколько параметров может осуществляться преднамеренно. В этом случаемодуляция называется смешанной. Возможны, например, амплитудно-частотная иамплитудно-фазовая модуляции гармонического переносчика.
При многоканальнойпередаче на разные параметры могут воздействовать различные сообщения.
Иногда модуляцияосуществляется в несколько этапов: сперва исходное сообщение модулируетнекоторое поднесущее колебание, затем модулированный сигнал воздействует наосновной переносчик. Примерами могут служить система ЧМ-АМ, в которой сообщениеа(t) модулирует поднесущее колебание почастоте, а затем ЧМ колебание модулирует основной переносчик по амплитуде,АМ-ЧМ, ШИМ-ФМ и т.д. Некоторые системы многоступенной модуляции (например,АМ-АМ, АИМ-АМ) эквивалентны одноступенчатой модуляции сообщением a(t) некоторого условного переносчика, который можно сформулировать,модулируя переносчиком первой ступени переносчик следующей ступени.
Импульсная модуляция
Часто в качествепереносчика используют периодическую последовательность сравнительно узкихимпульсов. Последовательность прямоугольных импульсов одного знака v0(t) характеризуетсяпараметрами: амплитудой импульсов; длительностью (шириной) импульсов; частотойследования (или тактовой частотой) fT =1/T, где Т – период следованияимпульсов; положением (фазой) импульсов относительно тактовых (отсчётных)точек. Отношение периода следования импульсов к длительности импульсовназывается скважностью импульса.
По закону передаваемогопервичного сигнала можно изменять (модулировать) любой из параметров импульснойпоследовательности. При этом модуляция называется импульсной.
/>
Периодическаяпоследовательность узких импульсов.
Демодуляция сигналов
До сих пор мырассматривали преобразования сигнала в пункте передачи. В пункте приёманеобходимо извлечь первичный сигнал из переносчика, т.е. осуществитьдемодуляцию принятого сигнала.
Например, при демодуляцииАМ–сигнала необходимо выделить закон изменения амплитуды модулированногонесущего сигнала, т.е. его огибающую.эта операция выполняется с помощью амплитудногодетектора. При линейном детектировании на вход детектора с линейнойвольт-амперной характеристикой подаётся АМ-сигнал, и последовательностьимпульсов тока детектора оказывается промодулированной по амплитуде.Высокочастотные составляющие тока отфильтровываются RC-цепью; падение напряжения на резисторе R создаёт только постояннаясоставляющая тока.
/>
Амплитудные детекторы:транзисторный (а), диодный (б)
В модулированномколебании амплитуде медленно меняется, следовательно, амплитуда выделяемой нарезисторе R постоянной составляющей тока такжебудет медленно меняться во времени. Таким образом, выходное напряжениеамплитудного детектора пропорционально исходному (модулирующему) сигналу.
Один из способовдемодуляции ЧМ-колебаний состоит в превращении его в АМ-колебания и последующемдетектировании с помощью амплитудного детектора.
Преобразование ЧМ-сигналав АМ-сигнал выполняется с помощью расстроенного колебательного контура. Предположим,что на колебательный контур, настроенный на определенную резонансную частоту,подаются ЧМ-колебания с постоянной амплитудой и меняющейся со временем частотойw(t).
Полное сопротивлениеконтура при каждой мгновенной частоте принимает своё определенное значение, такчто амплитуда напряжения, выделяемого на контуре, будет изменяться во времени сизменением частоты входного ЧМ-сигнала.
Таким образом, амплитудаЧМ-колебания на выходе колебательного контура изменяется во временипропорционально модулирующему сигналу, т.е. частотно модулированный сигнал сталмодулированным и по амплитуде ЧМ-сигнала на амплитудный детектор.
Аналогичным образомвыделение закона изменения закона фазы ФМ-сигнала осуществляется фазовымдетектором.
Существуют и способыдемодуляции импульсно-демодулированного сигнала. Все устройства,предназначенные для демодуляции сигналов, будут рассмотрены дальше при изученииконкретных систем передачи и аппаратуры, входящей в состав этих систем.
Смешанные виды модуляции
Рассмотрение смешанноймодуляции представляет интерес с различных точек зрения. В некоторых приборах(например, магнетронах) при изменениях амплитуды колебания наблюдаетсяизменение частоты генерации. Поэтому при использовании таких устройств вкачестве модуляторов выходной сигнал оказывается модулированным как поамплитуде, так и по частоте по одному и тому же закону.
Частотная и фазоваямодуляции также обычно сопровождаются паразитной амплитудной модуляцией,возникающей вследствие несовершенства реальных модуляторов. Сигналы амплитудноймодуляции вследствие изменений несущей частоты, обусловленных нестабильностью частотызадающего генератора передатчика, также оказываются модулированными как поамплитуде, так и по частоте.
При одновременноймодуляции по амплитуде и частоте происходит изменение амплитуд спектральныхсоставляющих сигнала, и при определённых условиях некоторые из них могут бытьполностью подавлены. Необходимость такого полного подавления составляющих,образующих нижнюю (или верхнюю) боковую полосу модулированного сигнала,возникает при однополосной модуляции (не обязательно амплитудной). Поэтомусмешанная модуляция может рассматриваться как практический способ получениясигналов однополосной модуляции.
Смешанную модуляцию,наконец, в определенных условиях можно использовать как средство ослаблениямешающего действия помех. Действительно, если помехи таковы, что они производятнезависимую паразитную модуляцию параметров сигнала, то применениеодновременной
модуляции несколькихпараметров переносчика одним и тем же сообщением и суммирование напряжений навыходе соответствующих демодуляторов приёмника приведёт ослаблению помехи.
Особенности импульсноймодуляции
Характерной особенностьюимпульсных систем передачи является то, что энергия сигнала излучается ненепрерывно, а в виде коротких импульсов, длительность которых обычно составляетнезначительную часть периода их повторения. Благодаря этому энергия импульсногосигнала во много раз меньше энергии непрерывного сигнала (при одинаковыхпиковых значениях). Различие в энергиях импульсного и непрерывного сигналовзависит от соотношения между длительностью и периодом повторения. Большиевременные интервалы между импульсами используются для размещения импульсовдругих каналов, т.е. для осуществления многоканальной связи с временнымразделением каналов.
Частоту повторенияимпульсов определяют, исходя из допустимой точности восстановления непрерывногосообщения при его демодуляции. Минимальное значение частоты повторенияимпульсов
F0мин = 1/T0макс =2Fа,
где Fa – максимальная частота в спектре передаваемого непрерывногонизкочастотного сообщения a(t).
В большинстве случаеввысокочастотный сигнал импульсной модуляции создаётся в два этапа: сначаласообщение модулирует тот или иной параметр периодической последовательности импульсовпостоянного тока (или видеоимпульсов), затем видеоимпульсы модулируют (обычнопо амплитуде) непрерывное высокочастотное несущее колебание. Тем самымосуществляется перенос спектра модулированных видеоимпульсов на частотунесущего колебания f0. Энергия высокочастотногоимпульсного сигнала сконцентрирована в полосе частот вблизи несущей f0.
Спектр сигнала АИМ
Перейдём к рассмотрениюспектров сигналов импульсной модуляции. Немодулированную последовательностьвидеоимпульсов, выполняющую роль промежуточного переносчика, можно представитьрядом Фурье. Амплитудная модуляция вызывает появление около каждой изсоставляющих спектра немодулированных видеоимпульсов боковых полос, повторяющихспектр сообщения Sa(w). Таким образом, спектр сигнала АИМ представляет собой какбы многократно повторённый спектр обычной АМ, в котором роль «несущих частот»выполняют гармоники частоты следования импульсов.
Рассмотрение спектрасигнала АИМ позволяет пояснить соотношение, определяющее выбор частоты повторенияимпульсов. Значение F0мин = 2Fа определяетто минимальное значение частоты повторения, при котором не происходит наложенияспектров соседних боковых полос. Структуру, подобную спектру сигнала АИМ, нонесколько более сложную, имеют и спектры сигналов при других видах импульсноймодуляции. Характерной особенностью спектров сигналов импульсной модуляцииявляется наличие около w=0составляющих, соответствующих частотам передаваемого сообщения. Это указываетна возможность демодуляции фильтром нижних частот, пропускающим на выход лишьсоставляющие с частотами от 0 до 2пи Fа иотфильтровывающим все остальные. Демодуляция не будет сопровождатьсяискажениями, если в полосу пропускания фильтра нижних частот (ФНЧ) не попадутсоставляющие ближайшей боковой полосы, т. е. нижней боковой полосы. И придемодуляции сигнала АИМ, искажения будут отсутствовать, когда спектры соседнихбоковых полос не перекрываются, а для этого надо, чтобы частота повторенияимпульсов была бы F0 больше либо равно 2Fа. Из этого рассмотрения вытекает также необходимостьпредварительной фильтрации передаваемого сообщения a(t) таким образом,чтобы ширина спектра его ограничивалась некоторой частотой Fа.
Модуляция случайнымифункциями
До сих поррассматривалась модуляция гармонического переносчика детерминированнымисообщениями. Это позволило получить важные для анализа систем сведения,относящиеся к спектрам модулированных сигналов. Полученные результаты, однако,не дают полного представления о характеристиках модулированных сигналов,относящихся ко всей совокупности возможных модулирующих сообщений. Такоепредставление можно получить лишь из рассмотрения совокупностей возможных сообщенийи модулированных сигналов, как некоторых случайных процессов.
Практический интереспредставляет рассмотрение энергетического спектра модулированных сигналов нетолько в том случае, когда случайным является лишь модулирующее воздействие, апереносчиком служит детерминированная функция, но также, когда и переносчик –некоторый случайный процесс (обычно узкополосный). Такой переносчик называетсяшумовым несущим колебанием. Необходимость рассмотрения переносчика, какузкополосного шумового колебания, возникает в некоторых оптических системахсвязи с некогерентным излучением. Применение шумового несущего колебания даётвозможность ослабить мешающее действие замираний уровня сигналов в каналах смноголучевым распространением радиоволн.
Заключение
В моем реферате ярассказал, что такое модуляция. Рассказал о её видах, о том, как и чем,передают сообщения из одного мечта в другое. Как при передачи сообщенияподвергаются воздействию различных помех, и как сделать так, чтобы уменьшитьэто воздействие до минимума. Ещё я рассмотрел особенности модуляции. Каналы покоторым передаётся информация. Рассмотрел спектры различных сигналов. Рассказал,что модуляция – это преобразование сигнал из одного вида, в другой, для тогочтобы было возможно передать сообщение. И, что демодуляция, это наоборот,процесс преобразования поступившего сигнала в первоначальный вид. И что естьтакие приборы, как амплитудные детекторы, которые и производят эту демодуляцию.И что они бывают двух видов: транзисторный (а) и диодный (б).
/>
Я выполнил всё, чтозадумывал сделать. Тема эта мне эта понравилась. Я узнал много нового для себя.
Список используемойлитературы
1. Крук Б.И., Попантонопуло В.Н.,Шувалов В.П.: телекоммуникационные системы и сети, том1, с.28-40, стр.647.
2. Назаров И.В., Кувшинов Б.И., ПоповО.В.: теория передачи сигналов, с.112-147, стр.368.