В статье рассматриваются амплитудная, частотная и фазовая модуляции и их особенности. Приведены их достоинства и недостатки.
Ключевые слова: сигнал, амплитудная модуляции, частотная модуляции, фазовая модуляции, несущая частота, мгновенная частота, полная фаза, начальная фаза.
The article deals with amplitude, frequency and phase modulations and their features. Their advantages and disadvantages are given.
Keywords: signal, amplitude modulation, frequency modulation, phase modulation, carrier frequency, instantaneous frequency, full phase, initial phase.
Модуляция — это процесс, изменяющий какие-либо параметры несущего сигнала в соответствии с информационным (модулирующим) сигналом. Полученный сигнал называют модулированным.
Суть модуляции заключается в двух последовательных задачах:
- Сформировать опорное колебание, которое будет служить основой для переноса сигнала, чаще всего имеющего гармонический вид.
- Добиться, чтобы один из параметров опорного сигнала изменялся во времени пропорционально полезному информационному сигналу.
Таким образом, мы сформируем новый сигнал, состоящий из двух старых, несущий полезную информацию, более удобный для передачи, приема и прочих нужд, в связи с которыми мы осуществляли модуляцию конкретного сигнала.
В связи с тем, что параметров у сигнала несколько модуляцию можно осуществлять несколькими способами. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки, поэтому вид модуляции выбирается исходя из конкретных условий и возможностей.
Амплитудная модуляция
Данный вид модуляции является наиболее простым и используемым в передаче данных. Данная модуляция представляет собой изменение амплитуды несущего сигнала в пропорционально изменению передаваемого полезного сигнала (рис.1).
Рис. 1. Амплитудная модуляция
Допустим, что несущий сигнал является гармоническим
Для предотвращения искажения знакопеременного сигнала при модуляции часто к модулирующему сигналу добавляют постоянную составляющую:
полученный сигнал является однополярным.
Частотная модуляция
Еще один вид аналоговой модуляции. В данном процессе несущий сигнал также модулируется полезным информационным сигналом, но в отличие от предыдущего способа уже при помощи другого параметра — частоты сигнала (рис.2).
Рис. 2. Частотная модуляция
В данном случае модулирующий сигнал линейно связан с мгновенной частотой колебаний:
Фазовая модуляция
При фазовой модуляции, изменяемым параметром будет служить фаза несущего сигнала. По своим характеристикам наиболее сходна с частотной модуляцией, однако является весьма сложной в реализации, следовательно, используется в аналоговой технике значительно реже чем частотная (рис.3).
Рис. 3. Фазовая модуляция
Начальная фаза в данном виде модуляции имеет вид:
Таблица 1
Плюсы и минусы разных видов модуляции
|
Вид модуляции |
Плюсы |
Минусы |
|
Амплитудная модуляция |
1.Простота реализации и декодирования сигнала. 2.Широкое применение в радио и телевизионной передаче. 3.Хорошая устойчивость к помехам с низкой скоростью изменения амплитуды сигнала |
1.Низкая эффективность использования частотного спектра. 2.Чувствительность к шумам и помехам. 3.Ограниченная пропускная способность и дальность передачи сигнала. |
|
Частотная модуляция |
1.Хорошая устойчивость к шумам и помехам. 2.Лучшее качество звука и изображения при передаче аудио и видео сигналов. 3.Большая пропускная способность и дальность передачи сигнала. |
1.Более сложная реализация и декодирование сигнала. 2.Чувствительность к изменениям частоты и нестабильным условиям передачи. |
|
Фазовая модуляция |
1.Устойчивость к шумам и помехам при передаче сигналов. 2.Хорошая пропускная способность и дальность передачи сигнала. 3.Меньшая чувствительность к изменению амплитуды сигнала. |
1.Сложность реализации и декодирования сигнала. 2. Ограниченная доступность и применение по сравнению с амплитудной и частотной модуляцией. 3.Большая чувствительность к изменениям фазы сигнала и нестабильным условиям передачи. |
Были рассмотрены наиболее часто используемые в практике виды модуляции сигналов. Каждая из них, обладает своими преимуществами и недостатками, а как следствие оптимальна для использования в определенных условиях. Нет универсального вида модуляции сигнала для любой поставленной задачи, однако правильный выбор, осуществленный отталкиваясь от необходимых нам требований, способствует более качественной, экономичной и помехозащищенной связи с получателем информации. Часто применяются комбинации данных видов модуляции.
Литература:
- Иванов М. Т., Сергиенко А. Б., Ушаков В. Н. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / под ред. В. Н. Ушакова СПб.: Питер, 2014. — 336с.
- И. С. Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов — изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1986. — 512 с.
- С. И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов — изд. 4-е, перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2003. — 462 с.
