Модуляция при передаче аналоговых и дискретных сигналов
Дискретная модуляция Применяется для передачи кодированных сообщений с помощью дискретных методов. При этом непрерывный транслируемый сигнал квантуется по уровню, дискретизируется по времени.
Импульсная модуляция.
(Вариация модулированных сигналов, где несущий сигнал представлен последовательностью импульсов. Определяется изменением параметров импульсных сигналов (длительности, частоты, фазы, амплитуды).)
Общий принцип модуляции
Представлен изменением одного или нескольких показателей колебания, называемого несущим, которое переносит необходимую информацию соответственно передаваемому сообщению. Несущими могут выступать колебания различной формы. Чаще всего используются гармонические. Результатом становится перенос спектра управляющего радиочастотного сигнала в зону высоких частот. При организации вещания подобный подход позволяет настроить работу всех устройств приема и передачи на различных частотах таким образом, чтобы они не создавали друг другу помех.
Преимущества использования модуляций в системах связи
Использование антенн малого размера, поскольку он должен быть пропорционален длине волны;
Формирование радиосигнала, обладающего свойствами, которые соответствуют параметрам несущей частоты;
Обеспечение отсутствия интерференции с другими радиосигналами.
Аналоговая модуляция.
Предполагает кодирование информации посредством изменения частоты, амплитуды или фазы синусоидального сигнала, относящегося к несущей частоте.
Амплитудная модуляция (AM) – изменение амплитуды носителя в зависимости от значения аналогового сигнала. Этот тип модуляции часто используется в радиовещании.
Частотная модуляция (FM) – изменение частоты носителя в зависимости от значения аналогового сигнала. FM используется в радио и телевизионном вещании.
Фазовая модуляция (PM) – изменение фазы носителя в зависимости от значения аналогового сигнала. PM используется в некоторых видеокодеках и обработке звука.
Плюсы:
Широкое распространение и использование в радиовещании.
Хорошая устойчивость к помехам.
Простота реализации и дешевизна оборудования.
Минусы:
Неэффективность передачи низкочастотных сигналов.
Низкое качество звука и изображения.
Низкая эффективность использования частотного спектра.
Плюсы:
Хорошее качество передачи аудио- и видеосигналов.
Используется в большинстве радиовещательных станций.
Более высокая эффективность использования частотного спектра по сравнению с АМ.
Минусы:
Более сложная реализация и более дорогое оборудование по сравнению с АМ.
Большая чувствительность к помехам и интерференции.
Большое потребление энергии.
Плюсы:
Минусы:
Хорошее качество передачи сигналов, особенно музыкальных.
Используется в радиовещании, мобильной связи, спутниковых коммуникациях.
Еще более высокая эффективность использования частотного спектра по сравнению с АМ и ЧМ.
Более сложная реализация и дороже оборудование по сравнению с АМ и ЧМ.
Меньшая устойчивость к помехам и интерференции.
Более высокие требования к качеству канала передачи данных.
Плюсы дискретной модуляции:
Минусы дискретной модуляции:
Устойчивость к помехам: цифровая информация лучше сохраняет свою целостность при передаче через каналы с шумом и помехами.
Легкость обработки данных: благодаря цифровому формату, сигналы, модулированные дискретно, легче обрабатывать и анализировать.
Эффективность передачи данных: дискретная модуляция позволяет передавать информацию в цифровом формате более эффективно, чем аналоговая модуляция.
Широкая полоса пропускания: для передачи цифровых данных требуется более широкая полоса пропускания, что может быть проблематично при ограниченной пропускной способности канала.
Отсутствие непрерывности: цифровые сигналы могут быть менее плавными и иметь более резкие переходы, что может сказаться на качестве звука или изображения при передаче данных.
Высокая вычислительная сложность: обработка цифровых сигналов требует больших вычислительных ресурсов по сравнению с аналоговыми сигналами.
Основные характеристики модуляции в системах связи Модуляцию характеризуют несколько основных параметров:
Энергетическая эффективность
Характеризует достоверность передаваемой информации при воздействии на сигнал гауссовского шума, при условии, что символьная последовательность восстановлена идеальным демодулятором. Величина определяется как минимальный показатель взаимосвязи сигнал/шум, необходимое для трансляции данных с вероятностью ошибки, не превышающей заданную. Показатель отражает минимальную мощность передатчика, при которой возможно его адекватное функционирование.
Спектральная эффективность
Характеризует частотную полосу, необходимую для трансляции данных с определенной скоростью. Определяется отношением скорости трансляции данных к используемой полосе пропускания канала.
Устойчивость к воздействиям канала передачи
Описывает достоверность транслируемой информации при воздействии на канал искажений специфического вида — замирания, возникающего из‑за многолучевого распространения, помех, сосредоточенных по времени и частоте, ограничения полосы, эффекта Допплера и т. д.
Линейность усилителей
Использование для усиления сигналов с некоторыми вариантами модуляции усилителей С-класса нелинейного типа позволяет уменьшить потребление энергии передатчиком. При этом уровень излучения вне полосы не превышает допустимые значения.
Сложность реализации модемов
Характеризуется вычислительным ресурсом, который требуется для выполнения алгоритма демодуляции, а также требованиями, применимыми к характеристикам аналоговой части.
Критерии выбора формата модуляции
Величина выигрыша
Предельное значение выигрыша различно для каждого типа модуляции (амплитудная — 1, частотная, фазовая — более 1). Однако общим требованием выступает увеличение полос пропускания приемника, поскольку выигрыш может быть достигнут только при малом уровне помех.
Ошибки передачи
Ошибки передачи непрерывного сообщения при АМ уменьшаются с увеличением коэффициента модуляции, при фазовой — уменьшаются с увеличением соотношения сигнал-помеха и увеличением стабильности генераторов, при частотной — уменьшаются с возрастанием индекса модуляции.
Правильность приема сообщений
Для оценки верности приема сообщений используется показатель взаимосвязи сигнал / шум у выхода приемного устройства.
виды импульсной модуляции:
Широтно-импульсная модуляция. (ШИМ) Изменяется длительность (ширина) импульсов.
Фазово-импульсная модуляция. (ФИМ) Изменяется местоположение импульсов относительно импульсов тактовой (синхронизирующей) последовательности.
Амплитудно-импульсная модуляция. (АИМ) Изменяется амплитуда прямоугольных импульсов.
Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), происходит изменение частоты следования импульсов несущего сигнала;
Модуляция сигнала — это процесс изменения одного или нескольких параметров модулируемого несущего сигнала при помощи модулирующего сигнала.
Демодуляция (детектирование сигнала) — процесс, обратный модуляции колебаний, выделение информационного (модулирующего) сигнала из модулированного колебания высокой (несущей) частоты.
