Lek_7_TPS

1. Лекция 7 Тема 5. Модулированные сигналы.

2.

Понятие о модуляции и манипуляции
сигналов. Основные виды модуляции
и манипуляции

3. Понятие модуляции и манипуляции

Модуляция — это процесс непрерывного изменения параметров сигнала
несущей в соответствии с передаваемым аналоговым сообщением. Цель
модуляции обеспечить надежную передачу низкочастотного сигнала
сообщения по каналу связи в условиях действия помех на большое
расстояние.
Дискретная модуляция (манипуляция) — это специализированная форма
модуляции, которая отличается тем, что параметры сигнала несущей
изменяются дискретно и информационный параметр сигнала принимает
некоторое счетное количество значений в соответствие с передаваемым
дискретным сообщением. Если количество изменений параметра сигнала
равно двум (1 и 0), то дискретная модуляция называется манипуляцией.
Виды модуляции определяются параметром сигнала (амплитуда, частота
или фаза), который подвергается изменению в соответствие с законом
передаваемого сообщения
Типы модуляции определяются способом переноса информации на
несущую частоту через изменение какого то из параметров сигнала:
двухпозиционная или многопозиционная модуляция; использование одного
параметра сигнала или нескольких (комбинированная модуляция) и т. д.

4. Основные виды и типы модуляции

5. Основные виды и типы модуляции

6. Базовые виды модуляции и манипуляции

7. Базовые виды модуляции и манипуляции

Амплитудная манипуляция (ASK)
Частотная манипуляция (BFSK)
Фазовая манипуляция (BPSK)

8. Базовые виды модуляции и манипуляции

Импульсно-кодовая манипуляция (ИКМ)
Широтно-импульсная (ШИМ)
Фазово-импульсная (ФИМ)

9.

Амплитудная модуляция и
манипуляция

10. Спектр АМ-сигнала

Однотональный сигнал без искажений:
U (t ) = U m 1 + M cos( t + )) cos( 0t + 0 )
U (t ) = U m cos( 0t + 0 ) +
U mМ
U М
cos(( 0 + )t + 0 + ) + m cos(( 0 − )t + 0 − )
2
2
Многотональный сигнал:
U (t ) = U 1 + M cos( t + ) cos( t + )
N
m
i =1
i
i
i
N
UmМ i
cos(( 0 − i )t + 0 − i )
2
i =1
+
0
UmМ i
cos(( 0 + i )t + 0 + i ) +
2
i =1
U (t ) = U m cos( 0t + 0 ) +
N
0
Индекс модуляции
(U m U )
M=
Um

11. Практические выводы:

1) Основная
энергия
АМ-сигнала
сосредоточена в несущей, которая
собственно
не
передает
информационного сообщения;
2) Ширина
спектра
АМ-сигнала
определяется
количеством
модулирующих частот, а амплитуда
боковых составляющих зависит от
индекса модуляции;
3) Составляющие
информационного
сигнала содержатся одинаково как в
верхней, так и в нижней боковых полосах
спектра АМ-сигала.

12.

Угловая модуляция и манипуляция

13. Сигналы с угловой модуляцией

Полная фаза
периодического
колебания
(t ) = (t ) + (t )
ЧМ (t ) = (t ) + k I (t )
ФМ (t ) = 0 + m I (t )

14. Связь между частотой и фазой

s1 (t ) = A1 sin ( 1t );
s2 (t ) = A2 sin ( 2t ) = A2 sin ( 1t + t )
несущая
t
= 1 − 2
(t ) = 1t + t
(t ) = (t )dt
0
t
(t ) = 1t + (t )dt
0
t
d
d (t )
(t ) = (t )dt (t ) =
dt 0
dt

15.

ЧМ-сигнал и его основные параметры:
UЧМ (t ) = U m sin( 0t + mЧМ sin( t ))
mЧМ =
Д
= MAX
(1)
(2)
При частотной модуляции девиация частоты
сигнала
несущей
(ωД)
пропорциональна
амплитуде модулирующего сигнала и зависит от
частоты модуляции (Ω)
ФМ-сигнал и его основные параметры:
U ФМ (t ) = U m sin( 0 + mФМ sin( t ))
mФМ =
Д
MAX
(3)
(4)
При фазовой модуляции величина сигнала
несущей (ϕMAX) пропорциональна амплитуде
модулирующего сигнала и не зависит от частоты
модуляции (Ω)

16.

ЧМ-сигнал и его основные параметры:
UЧМ (t ) = U m cos( 0t + ms(t ))
ФМ-сигнал и его основные параметры:
t
U ФМ (t ) = U m cos( 0t + m I (t )dt )
−
девиация фазы вверх
девиация фазы вниз
индекс угловой модуляции
Δψ В=m·I(t)max
Δψ Н=m·I(t)min
m = /

17. Однотональный УМ-сигнал (m<<1)

Однотональный УМ-сигнал (m<<1)
UУМ (t ) = U m cos( 0t + m sin t )
mU m
mU m
U (t ) U m cos( 0t + 0 ) +
cos( 0 + )t ) −
cos(( 0 − )t )
2
2
Однотональный УМ-сигнал (m>1)
m2
m2
U (t ) = U m (1 −
) cos( 0t ) + mU m (1 −
) cos( 0 + )t ) − cos( 0 − )t ) +
4
8
m2
m3
cos( 0 + 2 )t ) − cos( 0 − 2 )t ) + U m cos( 0 + 3 )t ) − cos( 0 − 3 )t )
+Um
8
48

18. Практические выводы:

1) С ростом индекса модуляции расширяется
полоса частот, занимаемая сигналом с угловой
модуляцией;
2) От величины индекса модуляции зависит
распределение энергии по спектру частот
сигнала с УМ, а именно: с ростом величины m
уменьшается составляющая несущей частоты и
увеличивается амплитуда боковых частот;
3) Амплитуда высших гармоник спектра УМсигнала быстро убывает, поэтому для передачи
УМ-сигнала без заметных искажений достаточно
полосы частот, равной: ПР = 2(m + 1) 2m 2