Модуляция — это… широтно-импульсная модуляция

В чем суть модуляции?[править]

Возьмем высокочастотное колебание. Само по себе оно не несет никакой информации. Его мы будем использовать в качестве основного компонента передаваемого сигнала. Частоту этого колебания называют несущей.
Для того, чтобы начать передавать полезную информацию, нам нужно каким-нибудь образом видоизменить несущую частоту так, чтобы она повторяла закономерности сигнала, который мы хотим передать. Иными словами, нам нужно сделать так, чтобы она несла информацию о нашем полезном сигнале.
Это самое видоизменение называется модуляцией.
Модуляция осуществляется с помощью модулятора со стороны отправителя, а с помощью демодулятора на стороне получателя высокочастотный сигнал преобразуется обратно в низкочастотный. Они собраны в одно устройство под названием модем, которое получилось благодаря слиянию слов МОдулятор и ДЕМодулятор.
Есть разные принципы модуляции, некоторые из которых рассмотрим ниже.
Самым древним методом модуляции можно назвать прерывание несущей частоты, которое использовалось в телеграфах. Этот метод, конечно, нельзя назвать в полной мере модуляцией, но тем не менее о нем нельзя не упомянуть в данной теме.

Виды модуляцииправить

Теперь рассмотрим более формальные определения.

Определение:
Модуляцией называется процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала.
Определение:
Модулирующий сигнал — сигнал, хранящий передаваемую информацию.
Определение:
Несущий сигнал — сигнал, выполняющий роль переносчика информации.
Определение:
Модулированный сигнал — сигнал, получающийся после посадки модулирующего сигнала на несущий сигнал.

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Несущий сигнал
Фиксированный уровень Гармонический сигнал Импульсы
Прямая модуляция Аналоговая модуляция Импульсная модуляция
Цифровая модуляция

Основные характеристики

  • Энергетическая эффективность (потенциальная помехоустойчивость) характеризует достоверность передаваемых данных при воздействии на сигнал аддитивного белого гауссовского шума, при условии, что последовательность символов восстановлена идеальным демодулятором. Определяется минимальным отношением сигнал/шум (Eb/N0), которое необходимо для передачи данных через канал с вероятностью ошибки, не превышающей заданную. Энергетическая эффективность определяет минимальную мощность передатчика, необходимую для приемлемой работы. Характеристикой метода модуляции является кривая энергетической эффективности — зависимость вероятности ошибки идеального демодулятора от отношения сигнал/шум (Eb/N0).
  • Спектральная эффективность CΔF{\displaystyle {C \over \Delta F}} — отношение скорости передачи данных к используемой полосе пропускания радиоканала.
    • AMPS: 0,83
    • NMT: 0,46
    • GSM: 1,35
  • Устойчивость к воздействиям канала передачи характеризует достоверность передаваемых данных при воздействии на сигнал специфичных искажений: замирания вследствие многолучевого распространения, ограничение полосы, сосредоточенные по частоте или времени помехи, эффект Доплера и др.
  • Требования к линейности усилителей. Для усиления сигналов с некоторыми видами модуляции могут быть использованы нелинейные усилители класса C, что позволяет существенно снизить энергопотребление передатчика, при этом уровень внеполосного излучения не превышает допустимые пределы. Данный фактор особенно важен для систем подвижной связи.
  • Сложность реализации модемов определяется вычислительным ресурсом, требуемым для реализации алгоритма демодуляции, и требованиями к характеристикам аналоговой части.

Квадратурная модуляция

Термин «квадратурная модуляция» относится к модуляции, которая основана на суммировании двух сигналов, которые находятся в квадратуре. Другими словами, это модуляция на основе I/Q сигналов. В качестве примера того, как работает квадратурная модуляция, мы будем использовать QPSK, и в этом процессе мы увидим, как амплитудная модуляция I/Q сигналов может создавать сдвиги фазы более 90°.

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляцияСтруктурная схема QPSK модулятора

Потоки данных I и Q модулируют по амплитуде несущие I и Q, и, как объяснялось выше, эти отдельные амплитудные модуляции могут использоваться для получения фазовой модуляции в конечном сигнале. Если потоки данных I и Q являются типовыми цифровыми сигналами, изменяющимися от потенциала земли до некоторого положительного напряжения, мы будем применять для несущих I и Q манипуляцию «включено-выключено», и наш фазовый сдвиг будет ограничен до значения 45° в любом направлении. Однако, если потоки данных I и Q являются биполярными сигналами (т.е. они изменяются от отрицательного напряжения до положительного напряжения), наша «амплитудная модуляция» будет фактически инвертировать сигнал несущей, когда входные данные будут на низком логическом уровне (поскольку отрицательное входное напряжение, умноженное на сигнал несущей, приводит к инверсии). Это означает, что у нас будет четыре состояния I/Q:

  • I – нормальный, Q – нормальный;
  • I – нормальный, Q – инвертированный;
  • I – инвертированный, Q – нормальный;
  • I – инвертированный, Q – инвертированный.

Что мы получим при суммировании в каждом из этих случаев? (Обратите внимание, что на следующих диаграммах частота сигналов выбрана так, чтобы количество секунд на оси x было таким же, как фазовый сдвиг в градусах.)

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляцияI – нормальный, Q – нормальныйМодуляция - это... широтно-импульсная модуляцияI – нормальный, Q – инвертированныйМодуляция - это... широтно-импульсная модуляцияI – инвертированный, Q – нормальныйМодуляция - это... широтно-импульсная модуляцияI – инвертированный, Q – инвертированный

Как вы можете видеть, сложение в этих четырех случаях как раз то, что нам нужно для QPSK сигнала: фазовые сдвиги 45°, 135°, 225° и 315°.

Импульсно-кодовая модуляция

Этот вид обычно рассматривается в качестве системы для трансляции аналоговых сигналов, к примеру, голос в цифровом виде. Эта техника модуляции не используется в модемах. Тут происходит стробирование аналогового сигнала со скоростью, вдвое превышающей наивысшую частоту компонента сигнала в аналоговой форме. При использовании таких систем на телефонных сетях стробирование происходит 8000 раз в секунду. Каждый отсчет – это уровень напряжения, закодированный семибитным кодом. Чтобы наилучшим образом представить разговорную речь, используется кодирование по логарифмическому закону. Семь бит совместно с восьмым, говорящим о наличии сигнала, формируют октет.

Для восстановления сигнала сообщения требуется модуляция и детектирование, то есть обратный процесс. При этом сигнал преобразуется нелинейным способом. Нелинейные элементы обогащают спектр выходного сигнала новыми компонентами спектра, а для выделения низкочастотных компонентов используются фильтры. Модуляция и детектирование могут осуществляться с применением вакуумных диодов, транзисторов, полупроводниковых диодов в качестве нелинейных элементов. Традиционно используются точечные полупроводниковые диоды, так как у плоскостных входная емкость заметно больше.

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

4.2. Сигналы с непрерывной амплитудной модуляцией

Рассмотрение модулированных сигналов начнем с сигналов, у которых в качестве изменяемого параметра выступает амплитуда несущего колебания. Модулированный сигнал в этом случае является амплитудно-модулированным или сигналом с амплитудной модуляцией (АМ-сигналом).

Как уже было отмечено выше, основное внимание будет уделено сигналам, несущее колебание которых представляет собой гармоническое колебание вида

,

где – амплитуда несущего колебания,

– частота несущего колебания.

Здесь и далее полагается, что начальные фазы гармонических колебаний равны нулю.

В качестве модулирующих сигналов сначала рассмотрим непрерывные сигналы . Тогда модулированные сигналы будут являться сигналами с непрерывной амплитудной модуляцией. Такой сигнал описывается выражением

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция, (4.2)

где – огибающая АМ-сигнала,

– коэффициент амплитудной модуляции.

Из выражения (4.2) следует, что АМ-сигнал представляет собой произведение огибающей на гармоническую функцию . Коэффициент амплитудной модуляции характеризует глубину модуляции и в общем случае описывается выражением

. (4.3)

Очевидно, при сигнал представляет собой просто несущее колебание.

Для более детального анализа характеристик АМ-сигналов рассмотрим простейший АМ-сигнал, в котором в качестве модулирующего сигнала выступает гармоническое колебание

, (4.4)

где , – соответственно амплитуда и частота модулирующего (управляющего) сигнала, причем . В этом случае сигнал описывается выражением

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляцияМодуляция - это... широтно-импульсная модуляция, (4.5)

и называется сигналом однотональной амплитудной модуляции.

На рис. 4.2 изображены модулирующий сигнал , колебание несущей частоты и сигнал .

Для такого сигнала коэффициент глубины амплитудной модуляции равен

.

Воспользовавшись известным тригонометрическим соотношением

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

после несложных преобразований получим

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция (4.6)

Выражение (4.6) устанавливает спектральный состав однотонального АМ-сигнала. Первое слагаемое представляет собой немодулированное колебание (несущее колебание). Второе и третье слагаемые соответствуют новым гармоническим составляющим, появившимся в результате модуляции амплитуды несущего колебания; частоты этих колебаний и называются нижней и верхней боковыми частотами, а сами составляющие – нижней и верхней боковыми составляющими.

Амплитуды этих двух колебаний одинаковы и составляют величину

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция, ( 4.7)

На рис. 4.3 изображен амплитудный спектр однотонального АМ-сигнала. Из этого рисунка следует, что амплитуды боковых составляющих располагаются симметрично относительно амплитуды и начальной фазы несущего колебания. Очевидно, ширина спектра однотонального АМ-сигнала равна удвоенной частоте управляющего сигнала

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция.

В общем случае, когда управляющий сигнал характеризуется произвольным спектром, сосредоточенным в полосе частот от до , спектральный характер АМ-сигнала принципиально не отличается от однотонального.

На рис. 4.4 изображены спектры управляющего сигнала и сигнала с амплитудной модуляцией. В отличие от однотонального АМ-сигнала в спектре произвольного АМ-сигнала фигурируют нижняя и верхняя боковые полосы. При этом верхняя боковая полоса является копией спектра управляющего сигнала, сдвинутой по оси частот на

величину , а нижняя боковая полоса представляет собой зекальное отображение верхней. Очевидно, ширина спектра произвольного АМ-сигнала

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция, (4.8)

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

т.е. равна удвоенной верхней граничной частоте управляющего сигнала.

Возвратимся к сигналу однотональной амплитудной модуляции и найдем его энергетические характеристики. Средняя мощность АМ-сигнала за период управляющего сигнала определяется по формуле:

. (4.9)

Так как , а , положим , где . Подставляя выражение (4.6) в (4.9), после несложных, но достаточно громоздких преобразований с учетом того, что и с использованием тригонометрических соотношений

и Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция,

получим

. (4.10)

Здесь первое слагаемое характеризует среднюю мощность несущего колебания, а второе – суммарную среднюю мощность боковых составляющих, т.е.

.

Так как суммарная средняя мощность боковых составляющих делится поровну между нижней и верхней, что вытекает из (4.7), то отсюда следует

. (4.11)

Таким образом, на передачу несущего колебания в АМ-сигнале тратится более половины мощности (с учетом того, что ), чем на передачу боковых составляющих. Так как информация заложена именно в боковых составляющих, передача составляющей несущего колебания нецелесообразна с энергетической точки зрения. Поиск более эффективных методов использования принципа амплитудной модуляции приводит к сигналам балансной и однополосной амплитудной модуляции.

Схемы модуляции

В вербальном общении человеческое тело генерирует звуковые волны и модифицирует или модулирует их так, чтобы создавать большое количество гласных и согласных звуков. Разумное использование этих гласных и согласных приводит к передаче информации от говорящего к слушателю. Система, в соответствии с которой модулируются звуковые волны, называется языком.

В радиочастотной связи ситуация очень похожа. Устройство модулирует электрические волны в соответствии с предопределенной системой, называемой схемой модуляции (или способом модуляции). Так же, как существует много человеческих языков, существует множество способов, которыми можно модулировать несущую.

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляцияСложные схемы модуляции помогают современным радиочастотным системам достичь большого расстояния и улучшить устойчивость к помехам

Возможно, что некоторые человеческие языки особенно эффективны в передаче определенных видов информации; если взять пример из древнего мира, возможно, греческий язык был лучше для философов, а латынь лучше приводила в систему законы. Однако нет никаких сомнений в том, что надежная связь возможна с любым надлежащим образом развитым языком, если только оратор и слушатель знают об этом. То же самое верно для радиочастотных систем. Каждая схема модуляции имеет свои преимущества и недостатки, но все они могут обеспечить отличную беспроводную связь, если выполнено основное требование, то есть приемник должен быть способен понять, что говорит передатчик.

Импульсная модуляция[править]

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Импульсная модуляция делится на 4 основных вида:

  • Амплитудно-импульсная
  • Широтно-импульсная
  • Частотно-импульсная
  • Фазово-импульсная
Импульсная модуляция
Амплитудо-импульсная Широтно-импульсная Частотно-импульсная Фазово-импульсная
Меняется амплитуда импульсов Меняется длительность (ширина) импульсов Меняется частота импульсов Меняется сдвиг импульсов относительно тактовых моментов времени
С увеличением напряжения модулирующего сигнала увеличивается амплитуда несущего сигнала С увеличением напряжения модулирующего сигнала увеличивается длительность импульсов С увеличением напряжения модулирующего сигнала увеличивается частота импульсов С увеличением напряжения модулирующего сигнала увеличивается сдвиг относительно такта времени

Мультиплексированиеправить

Сами по себе, схемы модуляции позволяют посылать только один сигнал, что достаточно плохо, учитывая количество пользователей сетями. Поэтому были разработаны схемы мультиплексирования, которые позволяют многим сигналам совместно использовать одни линии.

Частотное уплотнение FDM[править]

Частотное уплотнение использует передачу в полосе пропускания, чтобы совместно использовать канал. Спектр делится на диапазоны частот, каждый пользователь получает владение некоторой полосой, в которой он может послать свой сигнал.
Наглядным примером частотного уплотнения служит AM-радиовещание. Его выделенный спектр составляет приблизительно 1 МГц, примерно от 500 до 1500 кГц. Другие частоты выделены другим логическим каналам (станциям), каждая станция действует в части спектра, с межканальным разделением, достаточно большим, чтобы предотвратить помехи.

На рисунке приведен пример объединения трех телефонных линий в одну. Можно заметить, что каждой линии выделяется полоса в 4000 Гц, хотя она занимает примерно 3100 Гц. Избыток в 900 Гц называется защитной полосой. Она сохраняет каналы хорошо отделенными друг от друга.

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Фазо-амплитудная модуляция

Чтобы увеличить число бит на бод, можно скомбинировать фазовую и амплитудную модуляции.

В качестве одного из современных методов амплитудно-фазовой модуляции можно назвать тот, который базируется на передаче нескольких несущих. К примеру, в каком-то приложении используется 48 несущих, разделенных полосой в 45 Гц. Посредством комбинирования амплитудной и фазовой модуляции для каждой несущей выделяется до 32 дискретных состояний на каждый отдельный период бода, благодаря чему можно переносить по 5 бит на бод. Получается, что вся эта совокупность позволяет переносить 240 бит на бод. При работе со скоростью 9600 бит/с скорость модуляции требует лишь 40 бод. Такой низкий показатель довольно терпим к амплитудным и фазовым скачкам, присущим телефонной сети.

4.3. Сигналы балансной и однополосной амплитудной модуляции

Сигналы балансной амплитудной модуляции (БАМ) характеризуются отсутствием в спектре составляющей несущего колебания. Перейдем сразу к рассмотрению сигналов однотональной балансной модуляции, когда в качестве управляющего колебания выступает гармонический сигнал вида (4.4). Исключение из (4.6) составляющей несущего колебания

,

приводит к результату

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция. (4.12)

Рассчитаем среднюю мощность сигнала балансной модуляции. Подстановка (4.12) в (4.9) после преобразований дает выражение

.

Очевидно, что энергетический выигрыш при использовании сигналов балансной модуляции по сравнению с классической амплитудной модуляцией будет равен

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция.

При этот выигрыш составляет величину .

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

На рис. 4.5 представлен один из вариантов структурной схемы формирователя сигналов балансной амплитудной модуляции. Формирователь содержит:

  • Инв1, Инв2 – инверторы сигналов (устройства, изменяющие полярность напряжений на противоположную);
  • АМ1, АМ2 – амплитудные модуляторы;
  • SM – сумматор.

Колебание несущей частоты поступает на входы модуляторов АМ1 и АМ2 непосредственно. Что касается управляющего сигнала , то на второй вход АМ1 он поступает непосредственно, а на второй вход АМ2 – через инвертор Инв1. В результате на выходах модуляторов формируются колебания вида

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция,

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция.

На входы сумматора поступают соответственно колебания и . Результирующий сигнал на выходе сумматора составит

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция. (4.13)

В случае однотональной амплитудной модуляции выражение (4.13) принимает вид

. (4.14)

Используя формулу произведения косинусов, после преобразований получим

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция, (4.15)

что с точностью до постоянного множителя совпадает с (4.12). Очевидно, ширина спектра сигналов БАМ равна ширине спектра сигналов АМ.

Балансная амплитудная модуляция позволяет исключить передачу несущего колебания, что приводит к энергетическому выигрышу. Вместе с тем, обе боковые полосы (боковые составляющие в случае однотональной АМ) несут одну и ту же информацию. Напрашивается вывод о целесообразности формирования и передачи сигналов с подавленной одной из боковых полос. В этом случае мы приходим к однополосной амплитудной модуляции (ОАМ).

Если из спектра сигнала БАМ исключить одну из боковых составляющих (скажем верхнюю боковую составляющую), то в случае гармонического управляющего сигнала получим

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция. (4.16)

Так как средняя мощность сигнала БАМ делится поровну между боковыми составляющими, то очевидно, что средняя мощность сигнала ОАМ составит

.

Энергетический выигрыш по сравнению с амплитудной модуляцией составит

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция,

а при он будет равен .

Формирование однополосного АМ-сигнала может быть осуществлено на базе формирователей сигналов балансной модуляции. Структурная схема формирователя однополосного АМ-сигнала представлена на рис. 4.6.

В состав формирователя сигнала однополосной амплитудной модуляции входят:

  • ФВ1, ФВ2 – фазовращатели на угол ;
  • БАМ1, БАМ2 – формирователи сигналов балансной модуляции;
  • SM – сумматор.

На входы БАМ1 поступают сигналы:

и .

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Тогда на его выходе в соответствии с (4.15) формируется сигнал

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция. (4.17)

На входы БАМ2 поступают сигналы

и .

С выхода БАМ2 снимается колебание, описываемое в соответствии с (4.14) с заменой косинусов на синусы

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция.

С учетом известного тригонометрического соотношения

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция,

выходной сигнал БАМ2 преобразуется к виду

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция. (4.18)

Сложение сигналов (4.17) и (4.18) в сумматоре SM дает

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция, (4.19)

что с точностью до постоянного множителя совпадает с (4.16). Что касается спектральных характеристик, то ширина спектра сигналов ОАМ вдвое меньше спектра АМ или БАМ сигналов.

Таким образом, при одинаковых и однополосная АМ обеспечивает существенный энергетический выигрыш по сравнению с классической АМ и балансной модуляцией. Вместе с тем, реализация сигналов балансной амплитудной и однополосной амплитудной модуляции сопряжена с некоторыми трудностями, касающимися необходимости восстановления несущего колебания при обработке сигналов на приемной стороне. Эта задача решается устройствами синхронизации передающей и приемной сторон, что в общем плане приводит к усложнению аппаратуры.

Кодовое разделение каналов CDM[править]

В кодовом разделении каналов, в отличии от FDM и TDM, для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDM использует специальные коды для идентификации соединений. При таком способе разделения среды каналы трафика создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала — шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал в едином широком частотном диапазоне. Эфир в данном частотном диапазоне в результате работы нескольких передатчиков становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, а приёмник, настроенный на аналогичный код, может вычленять из общей кучи радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику.

Цифровая модуляция (манипуляция)[править]

Тот самый вид модуляции, который используется для передачи данных в компьютерных сетях.

Определение:
Цифровой модуляцией называется процесс преобразования битов в соответствующие аналоговые сигналы.

Цифровую модуляцию принято называть манипуляцией, поэтому часто может встречаться именно этот термин.
Носителем так же, как и в случае аналоговой модуляции является колебание.

Основные методы цифровой модуляцииправить

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

  • Амплитудная
  • Частотная
  • Фазовая
  • Квадратурная амплитудная (амплитудно-фазовая)
Цифровая модуляция
Амплитудная (ASK — Amplitude Shift Keying) Частотная (FSK — Frequency Shift Keying) Фазовая (PSK — Phase Shift Keying) Квадратурная амплитудная (QAM — Quadrature Amplitude Modulation)
Меняется амплитуда импульсов Меняется частота импульсов Меняется фаза колебания Меняется одновременно и амплитуда, и фаза
Для передачи 1 используется большая амплитуда, для передачи 0 — малая, иногда нулю соответствует отсутствие колебания. Для передачи 1 используется высокая частота колебаний, для передачи 0 — низкая. Для передачи 1 используется сдвиг фазы на . Для передачи 1 используется большая амплитуда и сдвиг фазы на .

Многопозиционные методыправить

Для разных видов манипуляции существуют методы, позволяющие передавать не только 0 и 1 в рамках одного сигнала, такие методы получили название многопозиционные.
Суть этих методов в том, что один элемент линейного сигнала несет информацию о большем числе битов, чем в обычных двухпозиционных методах.
Работает это очень просто. Например, в многопозиционной амплитудной манипуляции зададим не 2 амплитуды, которые будут кодировать 0 или 1, а 4, которые будут соответствовать 00, 01, 10, 11 по мере увеличения амплитуды. Для многопозиционной частотной манипуляции используется больше частот, а для многопозиционной фазовой манипуляции, соответственно, больше сдвигов.
Да, это действительно позволяет повысить удельную скорость передачи информации, но при этом начинают возникать ошибки, связанные с погрешностью передачи.

Рассмотрим самые распространенные методы:

BPSK, QPSK, 8-PSKправить

Фазовые манипуляции
BPSK QPSK 8-PSK
Binary Phase Shift Keying является обычной бинарной фазовой манипуляцией, которую мы рассматривали выше в рамках основных методов, позволяет закодировать 1 бит информации за сигнал. Не является многопозиционным методом. Quadrature Phase Shift Keying переводится как квадратурная фазовая манипуляция и представляет собой разделение на 4 фазы, которые позволяют закодировать 2 бита за сигнал. 8 Phase Shift Keying представляет собой разделение на 8 фаз, которые позволяют закодировать 3 бита за сигнал.

QAM-16, QAM-64править

С простой квадратурной амплитудной манипуляцией мы уже знакомы, теперь посмотрим на 2 многопозиционные вариации. Напомню, что это комбинация амплитудной и фазовой манипуляций.
QAM-16 использует 16 комбинаций амплитудных и фазовых сдвигов, которые позволяют передавать 4 бита информации за 1 сигнал, а с помощью QAM-64, который использует 64 комбинации, можно передать целых 6 бит за сигнал.
Каждая комбинация задается углом, который соответствует фазе и расстоянием от начала координат, которое показывает величину амплитуды.
Ниже показана симуляция принципа работы квадратурной амплитудной манипуляции на примере QAM-16 и расположение точек для QAM-16 и QAM-64 соответственно.
Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Синфазный и квадратурный

Термин «I/Q» является аббревиатурой от «in-phase» (синфазный) и «quadrature» (квадратурный). К сожалению, уже здесь у нас проблема с терминологией. Прежде всего, «синфазный» и «квадратурный» сами по себе не имеют никакого значения; фаза является относительной, и что-то может быть «в фазе» или «не в фазе» относительно другого сигнала или установленной опорной точки. Кроме того, теперь у нас есть слово «квадратурный», применяемое как к сигналу, так и к способам модуляции/демодуляции, связанным с этим сигналом.

В любом случае «синфазный» и «квадратурный» относятся к двум синусоидам, которые имеют одинаковую частоту и сдвиг по фазе 90°. По соглашению, I-сигнал является сигналом косинусоиды, а Q-сигнал представляет собой сигнал синусоиды. Как вы знаете, волна синусоиды (без какой-либо дополнительной фазы) сдвинута относительно волны косинусоиды на 90°. Другой способ выразить это состоит в том, что сигналы синусоиды и косинусоиды являются квадратурными сигналами.

Первое, что нужно знать об I/Q сигналах, заключается в том, что они всегда модулируются по амплитуде, а не по частоте или фазе. Однако амплитудная I/Q модуляция отличается от способа амплитудной модуляции, обсуждаемой в главе 4: в I/Q модуляторе сигналы, которые модулируют I/Q синусоиды, не смещаются по напряжению, поэтому они всегда положительны. Другими словами, I/Q модуляция включает в себя умножение I/Q сигналов на модулирующие сигналы, которые могут иметь отрицательные значения напряжения, и, следовательно, «амплитудная» модуляция может привести к фазовому сдвигу на 180°. Позже мы рассмотрим эту проблему подробнее.

Так в чем преимущество двух модулированных по амплитуде синусоид, которые имеют расхождение по фазе 90°? Почему так широко распространены I/Q модуляция и демодуляция? Читайте дальше.

Современные виды

Цифровая модуляция обеспечивает намного большую информационную емкость и обеспечивает совместимость с разнообразными службами цифровых данных. Помимо этого с ее помощью повышается защищенность информации, улучшается качество систем связи, и ускоряется доступ к ним.

Существует ряд ограничений, с которыми сталкиваются разработчики любых систем: допустимая мощность и ширина частотной полосы, заданный шумовой уровень систем связи. С каждым днем увеличивается численность пользователей систем связи, а также растет спрос на них, что требует увеличения радиоресурса. Цифровая модуляция заметно отличается от аналоговой тем, что несущая в ней передает большие объемы информации.

Модуляция - это... широтно-импульсная модуляция

Выводы

Можно использовать простые виды модуляции, при этом только один параметр будет изменяться соответственно с модулирующей информацией. Комбинированная схема модуляции, которая применяется в современном оборудовании для работы связи, — это когда происходит одновременное изменение и амплитуды, и фазы несущей. В современных системах может использоваться несколько поднесущих, для каждой из которых используется модуляция определенного вида. В этом случае речь идет о схемах модуляции сигналов. Используется этот термин и для сложных многоуровневых видов, когда для исчерпывающей информации требуется дополнительное описание характеристик.

В современных системах связи используются наиболее эффективные типы модуляции, благодаря чему обеспечивается минимизация ширины полосы с целью освобождения частотного пространства для других видов сигналов. Качество связи от этого только выигрывает, однако сложность оборудования в данном случае оказывается очень высока. В конечном итоге частота модуляции дает результат, видимый конечному пользователю только в плане удобства использования технических средств.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий