Модулацията е процес на увеличаване и подобряване на честотата и силата на сигнала на съобщението. Това е процесът, който наслагва оригиналния сигнал и непрекъснатия високочестотен сигнал. в Амплитудна модулация (AM), амплитудата на носещата вълна се променя в зависимост от сигнала на съобщението. Процесът на AM е показан на изображението по-долу:
какво е desktop.ini
Например,
Аудио сигнал
Аудио сигналите са сигналите с висок шум. Не е лесно да се предават такива сигнали на големи разстояния. Следователно модулацията на аудио сигналите е необходима за успешно предаване. AM модулацията е процес, при който сигналът на съобщението се наслагва върху радиовълната като носещ сигнал. Комбинира се с радио носеща вълна с висока амплитуда, което увеличава големината на аудио сигнала.
По същия начин, Честотна модулация (FM) се занимава с промяната на честотата на носещия сигнал и Фазова модулация (PM) се занимава с изменението на фазата на носещия сигнал.
Нека първо обсъдим аналог и свързаните с него термини.
Нека първо обсъдим аналог и свързаните с него термини.
Аналогов се отнася до непрекъснатото изменение с времето. Можем да дефинираме аналоговата комуникация и аналоговия сигнал като: An аналогова комуникация е комуникация, която непрекъснато се променя с времето. Открит е преди цифровата комуникация. Изисква по-малко честотна лента за предаване с евтини компоненти. Ан аналогов сигнал е сигнал, който непрекъснато се променя с времето. Примерите за аналогов сигнал включват синусоидални вълни и квадратни вълни.
По-долу е показан прост аналогов сигнал:
Тук ще обсъдим следното:
История на амплитудната модулация
Предимства и недостатъци на амплитудната модулация
Приложения на амплитудна модулация
Какво е модулация?
Когато сигналът на съобщението е насложен върху носещия сигнал, той е известен като модулация . Сигналът на съобщението се наслагва върху горната част на носещата вълна. Тук наслагването означава поставяне на сигнал върху другия сигнал. Формираният резултантен сигнал има подобрена честота и сила.
Транслацията на сигнала се изисква в края на предавателя както за аналоговите, така и за цифровите сигнали. Преводът се извършва преди сигналът да бъде доведен до канала за предаване към приемника.
Сигнал за съобщение
Оригиналният сигнал, който съдържа съобщение, което трябва да бъде предадено на приемника, е известен като сигнал за съобщение.
Носещ сигнал
Носещият сигнал е сигнал с постоянна честота, която обикновено е висока. Вълните на носещия сигнал не изискват среда за разпространение.
Baseband сигнал
Сигнал за съобщение, който представлява честотната лента, е известен като бейсбенд сигнал. Обхватът на бейсбенд сигналите е от 0 Hz до граничната честота. Нарича се още немодулиран сигнал или нискочестотен сигнал.
Аналоговият сигнал е изходен сигнал от светлинна/звукова вълна, преобразувана в електрически сигнал.
Пропускателен сигнал
Той е центриран на честотата, по-висока от максималния компонент на сигнала на съобщението.
Пример
Нека разгледаме пример за говорен сигнал . Това е вид аудио сигнал.
Речевият сигнал има по-ниски бейсбенд честоти в диапазона от 0,3 до 3,4k Hz. Ако двама души искат да комуникират по един и същи канал, честотите на основната лента ще се намесят. Това е така, защото по-ниските честоти не могат да позволят две бейсбенд честоти на един и същи канал. Следователно, носител с висока честота до 8k Hz се използва с речевия сигнал. Увеличава честотния обхват на говорния сигнал. Позволява на двама души да комуникират по един и същ канал без никаква намеса.
Необходимост от модулация
Комуникационна система изпраща данните от предавателя към приемника. Данните се обработват и изминават повече от стотици мили, преди да стигнат до приемника. Шумът по време на предаването може да повлияе на формата на комуникационния сигнал. Той допълнително подвежда получената информация, като намалява честотата и силата на сигнала. Необходим е процес, който увеличава честотата и силата на сигнала. Процесът в комуникацията е известен като модулация .
От съществено значение е предаването на сигнал от едно място на друго в комуникацията. Тук оригиналният сигнал се заменя с нов, увеличавайки честотата му от f1 - f2 до f1' - f2'. Той присъства в възстановима форма в края на приемника. Изискването за модулация се основава на следните фактори:
- Честотно мултиплексиране
- Антени
- Тясна лента
- Обща обработка
Честотно мултиплексиране
Мултиплексирането се отнася до преобразуване на множество сигнали на един и същи канал. Да предположим, че имаме три сигнала, които трябва да бъдат предадени по един комуникационен канал, без това да повлияе на качеството и данните на сигнала. Това означава, че сигналите трябва да бъдат различими и възстановими в приемащия край. Това може да стане чрез транслиране на трите сигнала на различни честоти. Той предотвратява пресичането на множество сигнали.
Нека честотният диапазон на три сигнала е -f1 до f1, -f2 до f2 и -f3 до f3. Сигналите са разделени от предпазител между тях, както е показано по-долу:
Ако избраните честоти на тези сигнали не се припокриват, те могат лесно да бъдат възстановени в приемащия край чрез използване на подходящи лентови филтри.
Антени
Антените предават и приемат сигнали в свободното пространство. Дължината на антената се избира според дължината на вълната на излъчвания сигнал.
Теснолентов
Сигналът се предава в свободно пространство с помощта на антена. Да предположим, че честотният диапазон е от 50 до 104Hz Съотношението между най-високата и най-ниската честота ще бъде 104/50 или 200. Дължината на антената при това съотношение ще стане твърде дълга в единия край и твърде къса в другия край. Не е подходящ за предаване. Следователно аудиосигналът се преобразува в диапазона (106+ 50) до (106+ 104). Съотношението сега ще бъде около 1,01. Известен е като теснолентов .
По този начин процесът на превод може да бъде променен на теснолентов или широколентов в зависимост от изискванията.
Обща обработка
Понякога трябва да обработим спектралния честотен диапазон на различни сигнали. Ако има голям брой сигнали, по-добре е да работите в някакъв фиксиран честотен диапазон, вместо да обработвате честотния диапазон на всеки сигнал.
Например,
Суперхетероинен приемник
Тук общ блок за обработка се настройва на различна честота с помощта на локален осцилатор.
Видове амплитудна модулация
Видовете модулация са обозначени с ЧЕ (Международен съюз по телекомуникации). Има три вида амплитудна модулация, които са както следва:
- Модулация с единична странична лента
- Модулация с двойна странична лента
- Остатъчна модулация на страничната лента
Първоначалното име на AM беше DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), тъй като страничните ленти могат да се появят от двете страни на носещата честота.
Модулация с единична странична лента (SSB)
SSB AM е стандартният метод за създаване на странични ленти само от едната страна на носещата честота. Амплитудната модулация може да произведе странични ленти от двете страни на носещата честота. В SSB той използва лентови филтри, за да отхвърли една странична лента. Процесът на SSB модулация подобрява използването на честотната лента и общата предавателна мощност на предавателната среда.
Модулация с потисната носеща двойна странична лента (DSB-SCB)
Double означава две странични ленти. Честотите, произведени от AM в DSB, са симетрични спрямо носещата честота. ДСБ се категоризира още като DSB-SC и DSB-C . Модулацията DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) не съдържа носеща лента, поради което нейната ефективност също е максимална в сравнение с други видове модулация. Носещата част в DSB-SC се отстранява от изходния компонент. DSB-C (двойна странична лента с носеща) се състои от носеща вълна. Изходът, произведен от DSB-C, има носител в комбинация със съобщението и носещия компонент.
Остатъчна модулация на страничната лента (VSB)
Част от информацията е SSB и DSB може да се загуби. Следователно VSB се използва за преодоляване на недостатъците на тези два типа AM. Vestige означава част от сигнала. Във VSB част от сигнала е модулирана.
Ще обсъдим подробно трите типа AM по-късно в урока.
История на амплитудната модулация
- През 1831 г. английският учен Майкъл Фарадей открива електромагнита
- През 1873 г. математикът и учен Джеймс Максуел описва разпространението на ЕМ вълните.
- През 1875 г. Греъм Бел открива телефона.
- През 1887 г. немският физик Херц открива съществуването на радиовълни.
- През 1901 г. канадски инженер на име Р. Фесенден транслира първия амплитудно модулиран сигнал.
- R Fessenden го открива с помощта на искровия предавател, който предава сигнала с помощта на електрическа искра.
- Практическото прилагане на АМ започва между 1900 и 1920 г. чрез радиотелефонно предаване. Това беше комуникация с помощта на аудио или говорен сигнал.
- Първият непрекъснат Am предавател е разработен около 1906 - 1910 г.
- През 1915 г. американски теоретик Джей Ар Карсън инициира математическия анализ на амплитудната модулация. Той показа, че една лента е достатъчна за предаване на аудио сигнала.
- На 1 декември 1915 г. Дж. Р. Карсън патентова SSB (Единична странична лента) Модулация.
- Радиото AM излъчване става популярно след изобретяването на вакуумната тръба около 1920 г.
Честотна транслация на амплитудна модулация
Сигналът се предава чрез умножаването му със спомагателен синусоидален сигнал. Дава се от:
Vm(t) = AмcosωмT
Vm(t) = Aмcos2πfмT
Където,
Am е амплитудната константа
Fm е модулиращата честота
Fm = ωм/2стр
Спектралната схема ще бъде двустранна амплитудна схема. Състои се от две линии всяка с амплитуда Am/2, както е показано по-долу:
Той се намира в честотния диапазон от f = fm до f = -fm.
Нека спомагателният синусоидален сигнал е Vc(t).
Vc(t) = A° Сcosω° СT
Чрез умножаване на двойния спектрален модел със спомагателния сигнал, получаваме:
Vm(t). Vc(t) = Aмcosωмt x A° Сcosω° СT
Vm(t). Vc(t) = AмА° Сcosωмt cosω° СT
Сега има четири спектрални компонента, както е показано по-горе.
Това означава, че спектралният модел сега има две синусоидални вълнови форми с честота Fc + Fm и Fc - Fm. Амплитудата преди умножението беше Am/2. Но компонентите след умножението имат увеличения от две на четири.
Сега амплитудата ще бъде:
AmAc/4
1 синусоидален компонент = 2 спектрални компонента
Така амплитудата на всеки синусоидален компонент ще бъде:
AmAc/2
Спектралната схема след умножението се транслира както в положителна, така и в отрицателна честотна посока. Ако тези четири спектрални модела се умножат, резултатът ще бъде 6 спектрални компонента под формата на осем синусоидални вълнови форми.
Индекс на модулация
Индексът на модулация се определя като съотношението на максималната стойност на сигнала на съобщението и носещия сигнал.
Дава се от:
Индекс на модулация = M/A
Където,
M е амплитудата на сигнала на съобщението
А е амплитудата на носещия сигнал
Или
Индекс на модулация = Am/Ac
Ефективност на АМ
Ефективността на амплитудната модулация се определя като съотношението на мощността на страничната лента към общата мощност.
Ефективност = Ps/Pt
Общата мощност е сумата от мощността на страничната лента и мощността на носителя.
Pt = Ps + Pc
По този начин можем също да определим ефективността като:
Ефективност = Ps/ Ps + Pc
Сигналът Am в честотна област може да бъде представен като:
S(t) = A° С[1 + km(t)] cosω° СT
Където,
m(t) е бейсбенд сигналът
k е амплитудната чувствителност
s(t) запазва бейсбенд сигнала I неговата обвивка
s(t) = A° Сcosω° Сt + A° Сkm(t)cosω° СT
Първият член е терминът на носителя, а вторият член е терминът на страничната лента.
Силата може да бъде представена като:
За срок на носеща мощност, мощност = A° С2/2
За член на страничната лента мощност = A° С2к2/2 x Pm
Pm е средната мощност на сигнала на съобщението, присъстващ в члена на страничната лента.
Ефективност = А° С2к2Pm/2 /( A° С2к2Pm/2 + A° С2/2)
Ефективност= к2Pm/1 + k2следобед
Това е общият израз, използван за намиране на енергийната ефективност на амплитудната модулация.
Тъй като няма носеща в двойната странична лента за потискане на носещата модулация, нейната ефективност е 50%. Ефективността на единичен тонално модулиран сигнал в случай на синусоидална форма на вълната е около 33%. Максималната ефективност от 100% може да бъде постигната с помощта на SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).
Предимства
Предимствата на амплитудната модулация са следните:
- Амплитудната модулация помага на сигнала да пътува на дълги разстояния, като променя амплитудата на сигнала на съобщението.
- Компонентите, използвани в AM приемниците и предавателите, имат ниска цена.
- AM сигналите са лесни за модулиране и демодулиране.
- Модулираният сигнал има по-ниска честота от сигнала на носителите.
- Процесът на прилагане на амплитудна модулация е прост.
- Комуникационният канал, използван за предаване, може да бъде кабелен канал или безжичен канал. Той свързва предавателя с приемника. Той също така пренася информация от предавателя към приемника.
Недостатъци
AM е широко използвана модулация въпреки различните си недостатъци. Недостатъците на амплитудната модулация са следните:
- Той е по-податлив на шум поради наличието на AM детектори. Това влияе върху качеството на сигнала, достигащ до приемника.
- Има странични ленти от двете страни на носещата честота. Мощността в двойните странични ленти не се използва на 100%. Мощността, пренасяна от AM вълните, е около 33%. Това означава, че повече от половината мощност в двойната страна се губи.
- AM изисква висока честотна лента, т.е. два пъти по-голяма от тази на аудио честотата.
Приложения на амплитудна модулация
Приложенията на амплитудна модулация са както следва:
Амплитудната модулация увеличава честотата на сигнала на съобщението поради наличието на високочестотен носещ сигнал. Следователно, той се използва широко в излъчването поради това предимство.
Амплитудната модулация се използва в преносими двупосочни радиостанции и лентови радиостанции за ефективна комуникация.
Числени примери
Нека обсъдим пример, базиран на амплитудната модулация.
Пример: Намерете общата мощност на амплитудно модулирания сигнал с носеща мощност 400 W и индекс на модулация 0,8.
Решение : Формулата за изчисляване на общата мощност на амплитудно модулирания сигнал се дава от:
Pt = Pc (1 + m2/2)
Където,
Pt е общата мощност
PC е носещата мощност
М е модулираният сигнал
Pt = 400 (1 + (0,8)2/2)
Pt = 400 (1 + 0,64/2)
Pt = 400 (1 + 0,32)
Pt = 400 (1,32)
Pt = 528 вата
Следователно общата мощност на амплитудно модулирания сигнал е 528 вата.
Пример 2: Каква е максималната ефективност на единичния тонален модулационен сигнал?
Решение : Максималната ефективност на единичен модулационен сигнал е 33%.
Ефективността се дава по формулата:
Ефективност = u2/(2 + u2)
При максимална ефективност u = 1
Ефективност = 12/(2 + 12)
Ефективност = 1/3
Ефективност % = 1/3 x 100
Ефективност % = 100/3
Ефективност % = 33.33