Modulacja to proces zwiększania i wzmacniania częstotliwości i siły sygnału komunikatu. Jest to proces nakładania się sygnału pierwotnego i ciągłego sygnału o wysokiej częstotliwości. W Modulacja amplitudy (AM) amplituda fali nośnej zmienia się w zależności od sygnału komunikatu. Proces AM pokazano na poniższym obrazku:

Na przykład,

Sygnał dźwiękowy

wartość logiczna na ciąg Java

Sygnały audio to sygnały o dużym poziomie szumu. Przesyłanie takich sygnałów na duże odległości nie jest łatwe. Dlatego dla pomyślnej transmisji konieczna jest modulacja sygnałów audio. Modulacja AM to proces, w którym sygnał wiadomości nakłada się na falę radiową jako sygnał nośny. Jest on połączony z falą nośną o dużej amplitudzie, co zwiększa siłę sygnału audio.

Podobnie, Modulacja częstotliwości (FM) zajmuje się zmianami częstotliwości sygnału nośnego oraz Modulacja fazowa (PM) zajmuje się zmianą fazy sygnału nośnego.

Omówmy najpierw analogię i powiązane z nią terminy.

Omówmy najpierw analogię i powiązane z nią terminy.

Analog odnosi się do ciągłych zmian w czasie. Komunikację analogową i sygnał analogowy możemy zdefiniować jako: An komunikacja analogowa jest komunikatem, który stale zmienia się w czasie. Zostało odkryte przed komunikacją cyfrową. Wymaga mniejszej przepustowości do transmisji przy użyciu tanich komponentów. Jakiś sygnał analogowy jest sygnałem, który zmienia się w sposób ciągły w czasie. Przykładami sygnału analogowego są fale sinusoidalne i fale prostokątne.

Poniżej przedstawiono prosty sygnał analogowy:

Tutaj omówimy następujące kwestie:

Co to jest modulacja?

Rodzaje modulacji amplitudy

Historia modulacji amplitudy

Potrzeba modulacji

Tłumaczenie częstotliwości AM

Indeks modulacji

Wydajność AM

Zalety i wady modulacji amplitudy

Zastosowania modulacji amplitudy

Przykłady numeryczne

Co to jest modulacja?

Kiedy sygnał wiadomości nakłada się na sygnał nośnej, nazywa się to modulacja . Sygnał wiadomości jest nakładany na górę fali nośnej. Tutaj nałożenie oznacza umieszczenie sygnału na innym sygnale. Powstały sygnał ma lepszą częstotliwość i siłę.

Tłumaczenie sygnału jest wymagane po stronie nadajnika zarówno dla sygnałów analogowych, jak i cyfrowych. Tłumaczenie odbywa się przed wprowadzeniem sygnału na kanał w celu transmisji do odbiornika.

Sygnał wiadomości

Oryginalny sygnał zawierający wiadomość, która ma zostać przesłana do odbiorcy, nazywany jest sygnałem wiadomości.

Sygnał nośny

Sygnał nośny to sygnał o stałej częstotliwości, która jest zazwyczaj wysoka. Fale sygnału nośnego nie wymagają ośrodka do propagacji.

Sygnał pasma podstawowego

lista sortowania Java

Sygnał komunikatu reprezentujący pasmo częstotliwości nazywany jest sygnałem pasma podstawowego. Zakres sygnałów pasma podstawowego wynosi od 0 Hz do częstotliwości odcięcia. Nazywa się go również sygnałem niemodulowanym lub sygnałem o niskiej częstotliwości.

Sygnał analogowy to sygnał wyjściowy fali świetlnej/dźwiękowej konwertowany na sygnał elektryczny.

Sygnał pasma przepustowego

Jest on wyśrodkowany na częstotliwości wyższej niż maksymalna składowa sygnału komunikatu.

Przykład

Rozważmy przykład sygnał mowy . Jest to rodzaj sygnału audio.

Sygnał mowy ma niższe częstotliwości pasma podstawowego w zakresie od 0,3 do 3,4 kHz. Jeśli dwie osoby chcą komunikować się na tym samym kanale, częstotliwości pasma podstawowego będą zakłócać. Dzieje się tak dlatego, że niższe częstotliwości nie pozwalają na użycie dwóch częstotliwości pasma podstawowego na tym samym kanale. Dlatego w sygnale mowy używana jest nośna o wysokiej częstotliwości do 8 kHz. Zwiększa zakres częstotliwości sygnału mowy. Pozwala dwóm osobom komunikować się na tym samym kanale bez żadnych zakłóceń.

Potrzeba modulacji

System komunikacyjny przesyła dane z nadajnika do odbiornika. Dane są przetwarzane i pokonują ponad setki kilometrów, zanim dotrą do odbiorcy. Szum powstający podczas transmisji może mieć wpływ na kształt przesyłanego sygnału. To dodatkowo wprowadza w błąd otrzymane informacje poprzez zmniejszenie częstotliwości i siły sygnału. Wymagany jest proces zwiększający częstotliwość i siłę sygnału. Proces komunikacji nazywa się modulacja .

W komunikacji istotne jest przesyłanie sygnału z jednego miejsca do drugiego. Tutaj oryginalny sygnał zostaje zastąpiony nowym, zwiększając jego częstotliwość od f1 - f2 do f1' - f2'. Występuje w formie możliwej do odzyskania po stronie odbiornika. Wymóg modulacji opiera się na następujących czynnikach:

1. Multipleksowanie częstotliwości
2. Anteny
3. Wąskie paski
4. Wspólne przetwarzanie

Multipleksowanie częstotliwości

Multipleksowanie oznacza tłumaczenie wielu sygnałów na tym samym kanale. Załóżmy, że mamy trzy sygnały do ​​przesłania jednym kanałem komunikacyjnym bez wpływu na jakość sygnału i dane. Oznacza to, że sygnały powinny być rozróżnialne i możliwe do odzyskania po stronie odbiorczej. Można tego dokonać poprzez translację trzech sygnałów na różnych częstotliwościach. Zapobiega krzyżowaniu się wielu sygnałów.

Niech zakres częstotliwości trzech sygnałów będzie wynosił -f1 do f1, -f2 do f2 i -f3 do f3. Sygnały są oddzielone od siebie osłoną, jak pokazano poniżej:

Jeżeli wybrane częstotliwości tych sygnałów nie pokrywają się, można je łatwo odzyskać po stronie odbiorczej, stosując odpowiednie filtry pasmowoprzepustowe.

Anteny

Anteny nadają i odbierają sygnały w wolnej przestrzeni. Długość anteny dobierana jest w zależności od długości fali transmitowanego sygnału.

Wąskopasmowe

Sygnał transmitowany jest w wolnej przestrzeni za pomocą anteny. Załóżmy, że zakres częstotliwości wynosi od 50 do 10⁴Hz. Stosunek najwyższej do najniższej częstotliwości wyniesie 10⁴/50 lub 200. Długość anteny przy tym stosunku będzie za długa na jednym końcu i za krótka na drugim końcu. Nie nadaje się do transmisji. W związku z tym sygnał audio jest tłumaczony na zakres (10⁶+ 50) do (10⁶+ 10⁴). Obecnie wskaźnik ten będzie kształtował się w okolicach 1,01. Jest znany jako wąskopasmowe .

Dzięki temu proces tłumaczenia można w zależności od potrzeb zmienić na wąskopasmowy lub szerokopasmowy.

Wspólne przetwarzanie

Czasami musimy przetworzyć zakres częstotliwości widmowych różnych sygnałów. Jeśli istnieje duża liczba sygnałów, lepiej jest pracować w pewnym ustalonym zakresie częstotliwości, niż przetwarzać zakres częstotliwości każdego sygnału.

Na przykład,

Odbiornik superheteroynowy

Tutaj wspólny blok przetwarzania jest dostrajany do innej częstotliwości za pomocą lokalnego oscylatora.

Rodzaje modulacji amplitudy

Rodzaje modulacji są oznaczone przez TO (Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna). Istnieją trzy typy modulacji amplitudy, które są następujące:

• Modulacja pojedynczego pasma bocznego
• Podwójna modulacja pasma bocznego
• Szczątkowa modulacja pasma bocznego

Oryginalna nazwa AM brzmiała DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), ponieważ pasma boczne mogą pojawiać się po obu stronach częstotliwości nośnej.

Modulacja pojedynczego pasma bocznego (SSB)

SSB AM to standardowa metoda wytwarzania pasm bocznych tylko po jednej stronie częstotliwości nośnej. Modulacja amplitudy może wytwarzać pasma boczne po obu stronach częstotliwości nośnej. W SSB wykorzystuje filtry pasmowoprzepustowe, aby odrzucić jedną wstęgę boczną. Proces modulacji SSB poprawia wykorzystanie pasma i całkowitą moc transmisji medium transmisyjnego.

Modulacja nośnej z tłumieniem podwójnej pasma bocznego (DSB-SCB)

Double oznacza dwie wstęgi boczne. Częstotliwości wytwarzane przez AM w DSB są symetryczne względem częstotliwości nośnej. DSB jest dalej klasyfikowane jako DSB-SC I DSB-C . Modulacja DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) nie zawiera żadnego pasma nośnego, dzięki czemu jej wydajność jest również maksymalna w porównaniu do innych rodzajów modulacji. Część nośna w DSB-SC jest usuwana z komponentu wyjściowego. DSB-C (podwójna wstęga boczna z nośną) składa się z fali nośnej. Sygnał wyjściowy wytwarzany przez DSB-C zawiera nośną w połączeniu z komunikatem i składnikiem nośnej.

Szczątkowa modulacja pasma bocznego (VSB)

Niektóre informacje to SSB, a DSB może zostać utracone. Dlatego VSB służy do przezwyciężenia wad tych dwóch typów AM. Ślad oznacza fragment sygnału. W VSB modulowana jest część sygnału.

Trzy typy AM omówimy szczegółowo w dalszej części samouczka.

Historia modulacji amplitudy

• W 1831 roku angielski naukowiec Michael Faraday odkrył zjawisko elektromagnetyczne
• W 1873 roku matematyk i naukowiec James C. Maxwell opisał propagację fal elektromagnetycznych.
• W 1875 roku Graham Bell odkrył telefon.
• W 1887 roku niemiecki fizyk H Hertz odkrył istnienie fal radiowych.
• W 1901 roku kanadyjski inżynier mianował R Fessenden przetłumaczył pierwszy sygnał o modulowanej amplitudzie.
• R Fessenden odkrył to za pomocą nadajnika iskiernikowego, który przesyła sygnał za pomocą iskry elektrycznej.
• Praktyczne wdrożenie AM rozpoczęło się w latach 1900–1920 poprzez transmisję radiotelefoniczną. Była to komunikacja za pomocą sygnału audio lub mowy.
• Pierwszy ciągły nadajnik Am został opracowany około 1906-1910.
• W 1915 amerykański teoretyk JR Carsona zainicjował analizę matematyczną modulacji amplitudy. Pokazał, że do transmisji sygnału audio wystarczy jedno pasmo.
• 1 grudnia 1915 roku JR Carson opatentował SSB Modulacja (pojedyncza wstęga boczna).
• Transmisje radiowe AM stały się popularne po wynalezieniu lampy próżniowej około 1920 roku.

Translacja częstotliwości modulacji amplitudy

Sygnał transmitowany jest poprzez pomnożenie go przez pomocniczy sygnał sinusoidalny. Podaje się go:

Vm(t) = A_Mcosω_MT

Vm(t) = A_Mcos2πf_MT

Gdzie,

Am jest stałą amplitudy

Fm to częstotliwość modulacyjna

Fm = ω_M/2p

Wzór widmowy będzie dwustronnym wzorem amplitudy. Składa się z dwóch linii, każda o amplitudzie Am/2, jak pokazano poniżej:

Znajduje się w zakresie częstotliwości od f = fm do f = -fm.

Niech pomocniczy sygnał sinusoidalny będzie wynosił Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_CT

Mnożąc podwójny wzór widmowy przez sygnał pomocniczy, otrzymujemy:

Vm(t). Vc(t) = A_Mcosω_MtxA_Ccosω_CT

Vm(t). Vc(t) = A_MA_Ccosω_Mt cosω_CT

Istnieją teraz cztery składowe widmowe, jak pokazano powyżej.

Oznacza to, że wzór widmowy ma teraz dwa przebiegi sinusoidalne o częstotliwości Fc + Fm i Fc - Fm. Amplituda przed mnożeniem wynosiła Am/2. Ale składniki po pomnożeniu zwiększają się z dwóch do czterech.

Amplituda będzie teraz wynosić:

AmAc/4

mój krykiet na żywo

1 składowa sinusoidalna = 2 składowe widmowe

Zatem amplituda każdej składowej sinusoidalnej będzie wynosić:

AmAc/2

Wzór widmowy po pomnożeniu jest tłumaczony zarówno w kierunku częstotliwości dodatniej, jak i ujemnej. Jeżeli wzmocnienie tych czterech wzorców widmowych zostanie pomnożone, otrzymamy 6 składowych widmowych w postaci ośmiu przebiegów sinusoidalnych.

Indeks modulacji

Wskaźnik modulacji definiuje się jako stosunek maksymalnej wartości sygnału komunikatu i sygnału nośnego.

Podaje się go:

Wskaźnik modulacji = M/A

Gdzie,

M jest amplitudą sygnału komunikatu

A jest amplitudą sygnału nośnego

Lub

Wskaźnik modulacji = Am/Ac

Wydajność AM

Skuteczność modulacji amplitudy definiuje się jako stosunek mocy pasma bocznego do mocy całkowitej.

Wydajność = Ps/Pt

Całkowita moc jest sumą mocy pasma bocznego i mocy nośnej.

Pt = Ps + szt

Zatem efektywność możemy zdefiniować także jako:

Wydajność = Ps/Ps + szt

Sygnał Am w dziedzinie częstotliwości można przedstawić jako:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_CT

Gdzie,

m(t) jest sygnałem pasma podstawowego

k jest czułością amplitudy

s(t) zachowuje sygnał pasma podstawowego w swojej obwiedni

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_CT

Pierwszy człon jest członem nośnym, a drugi człon jest członem wstęgi bocznej.

Moc można przedstawić jako:

Dla terminu nośnego moc =A_C²/2

Dla składnika pasma bocznego moc =A_C²k²/2 x godz

Pm jest średnią mocą sygnału komunikatu obecnego w członie wstęgi bocznej.

stdin w c

Wydajność = A_C²k²Pm/2 /(A_C²k²Pm/2 + A_C²/2)

Wydajność= k²Pm/1 + k²Po południu

Jest to powszechnie stosowane wyrażenie służące do wyznaczania wydajności energetycznej modulacji amplitudy.

Ponieważ w modulacji nośnej tłumiącej podwójną wstęgę boczną nie ma nośnej, jej wydajność wynosi 50%. Sprawność sygnału modulowanego jednotonowo w przypadku przebiegu sinusoidalnego wynosi około 33%. Maksymalną sprawność wynoszącą 100% można osiągnąć stosując SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Zalety

Zalety modulacji amplitudy są następujące:

• Modulacja amplitudy pomaga sygnałowi przemieszczać się na duże odległości poprzez zmianę amplitudy sygnału komunikatu.
• Komponenty stosowane w odbiornikach i nadajnikach AM mają niski koszt.
• Sygnały AM można łatwo modulować i demodulować.
• Zmodulowany sygnał ma niższą częstotliwość niż sygnał nośnych.
• Proces wdrażania modulacji amplitudy jest prosty.
• Kanałem komunikacyjnym używanym do transmisji może być kanał przewodowy lub kanał bezprzewodowy. Łączy nadajnik z odbiornikiem. Przesyła również informacje z nadajnika do odbiornika.

Niedogodności

AM jest szeroko stosowaną modulacją pomimo różnych wad. Wady modulacji amplitudy są następujące:

• Jest bardziej podatny na zakłócenia ze względu na obecność detektorów AM. Wpływa to na jakość sygnału docierającego do odbiornika.
• Ma pasma boczne po obu stronach częstotliwości nośnej. Moc w podwójnych pasmach bocznych nie jest wykorzystywana w 100%. Moc przenoszona przez fale AM ​​wynosi około 33%. Oznacza to, że ponad połowa mocy w układzie dwustronnym jest marnowana.
• AM wymaga dużej przepustowości, tj. dwukrotnie większej niż częstotliwość audio.

Zastosowania modulacji amplitudy

Zastosowania modulacji amplitudy są następujące:

Nadawanie
Modulacja amplitudy zwiększa częstotliwość sygnału komunikatu ze względu na obecność sygnału nośnego o wysokiej częstotliwości. Dlatego jest szeroko stosowany w nadawaniu ze względu na tę zaletę.Radia pasmowe
Modulacja amplitudy jest stosowana w przenośnych radiotelefonach dwukierunkowych i radiotelefonach pasmowych w celu zapewnienia skutecznej komunikacji.

Przykłady numeryczne

Omówmy przykład oparty na modulacji amplitudy.

Przykład: Znajdź całkowitą moc sygnału o modulowanej amplitudzie przy mocy nośnej 400 W i wskaźniku modulacji 0,8.

Rozwiązanie : Wzór do obliczenia całkowitej mocy sygnału o modulowanej amplitudzie jest określony wzorem:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Gdzie,

Pt to moc całkowita

PC to moc nośna

M jest sygnałem modulowanym

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

Pt = 400 (1 + 0,64/2)

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 W

Zatem całkowita moc sygnału o modulowanej amplitudzie wynosi 528 watów.

Przykład 2: Jaka jest maksymalna wydajność sygnału modulacji jednotonowej?

Rozwiązanie : Maksymalna wydajność sygnału modulacji jednotonowej wynosi 33%.

Sprawność wyraża się wzorem:
Wydajność = u²/(2 + ty²)

Przy maksymalnej wydajności u = 1

Wydajność = 1²/(2 + 1²)

Wydajność = 1/3

Wydajność % = 1/3 x 100

Wydajność % = 100/3

Sprawność % = 33,33

tablica dynamiczna Java