Вопрос 10 Модулированные сигналы. Общее определение и классификация

Для передачи информации на расстояние применяются сигналы, эффективно излучаемые с помощью антенных устройств и обладающие способностью распространяться в виде свободных радиоволн в среде, разделяющей отправителя и получателя информации. Такими сигналами являются высокочастотные колебания. Передаваемая информация должна быть тем или иным способом заложена в высокочастотное колебание, называемое несущим. Частота ω ₀этого колебания выбирается в зависимости от расстояния, на которое должна передаваться информация, от условий распространения радиоволн и ряда других технических и экономических факторов. Но в любом случае ω ₀ частота должна быть велика по сравнению с наивысшей частотой W _m спектра передаваемого сообщения. Это объясняется тем, что для неискаженной передачи сообщений через радиотехнические цепи, а также для устранения искажений, возникающих при распространении радиоволн, необходимо чтобы ширина спектра сообщения W _m была мала по сравнению с ω ₀чем меньше отношение W _m / ω ₀, тем меньше проявляется несовершенство характеристик системы. Поэтому чем выше требуемая скорость передачи информации и, следовательно, шире спектр сообщения W _m, тем выше должна быть несущая частота радиосигнала. Как правило, выполняется неравенство W _m / ω ₀ D 1. Любой радиосигнал поэтому понимают как «узкополосный» процесс даже при передаче «широкополосных» сообщений. Приведем следующие примеры. При передаче речи или музыки спектр сообщения обычно ограничивают полосой от Fm1n = 30–50 Гц до Fmax =3000–103 Гц. Даже на самой длинной волне вещательного диапазона l =2000м при несущей частоте f0=150 кГц отношение Fmax/f0=104/1, 5´ 105»0, 06. При передаче тех же сообщений на коротких волнах (при частотах 15–20 МГц) это отношение не превышает сотых долей процента. При передаче подвижных изображений (телевидение) полоса частот сообщения весьма широка и достигает 5–6 МГц, однако и несущая частота выбирается не менее 50–60 МГц, так что отношение Fmax/f0 не превышает 10%. В данном разделе W _m используется для обозначения частоты модулирующей функции. В самом общем случае радиосигнал, несущий в себе информацию, можно представить в виде:

a (t) = A (t) cos[ ω ₀ t + q₀ (t)] = A (t) cosY(t) (2.1)

в котором амплитуда или фаза могут изменяться по закону передаваемого сообщения. Если A и q – постоянные величины, то выражение (2.1) описывает простое гармоническое колебание, не содержащее в себе никакой информации. Если A и q (следовательно, и y) подвергаются принудительному изменению для передачи сообщения, то колебание становится модулированным. В зависимости от того, какой из двух параметров изменяется – амплитуда А или угол q – различают два основных вида модуляции: амплитудную и угловую. Угловая модуляция, в свою очередь, подразделяется на два вида – частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ). Эти два вида модуляции тесно связаны между собой, и различие между ними проявляется лишь в характере изменения во времени угла y при одной и той же модулирующей функции. Модулированное колебание имеет спектр, структура которого

зависит как от спектра передаваемого сообщения, так и от вида модуляции. То обстоятельство, что ширина спектра модулирующего сообщения мала по сравнению с несущей частотой ω ₀, позволяет считать А(t) и q (t) медленными функциями времени. Это означает, что относительное изменение A(t) или q (t) за один период несущего колебания мало по сравнению с единицей.

Вопрос 11 Сигналы с амплитудной модуляцией

Амплитудная модуляция (AM) является наиболее простым и очень распространенным в радиотехнике способом заложения информации в высокочастотное колебание. При AM огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом изменения передаваемого сообщения, частота и начальная фаза колебания поддерживаются неизменными. Поэтому для амплитудно-модулированного радиосигнала общее выражение a (t) = A (t) cos[ ω ₀ t +q₀(t)] = A (t) cosY y (t) можно заменить следующим:

S_AM(t)= = A(t)cos( w₀ t +q₀)

Основным параметром амплитудно-модулированного колебания является коэффициент модуляции. Определение этого понятия особенно наглядно для тональной модуляции, когда модулирующая функция является гармоническим колебанием: s (t) = S ₀ cos(w t + y)

Огибающую модулированного колебания при этом можно представить

A(t) = A₀ + k_АМ S(t) = A₀ + D Am cos( W t +j),

Где W – частота модуляции; j– начальная фаза огибающей; k_AM – коэффициент пропорциональности; D Am – амплитуда изменения огибающей (рис. 2.1).

Отношение M = D Am Am/ A0 называется коэффициентом амплитудной модуляции.