Заказать спутниковое оборудование →
Что такое модуляция в системах связи
Изменение одного или нескольких показателей несущего модулируемого сигнала посредством модулирующего сигнала.
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
Применение модуляции дает несколько преимуществ:
● Формирование радиосигнала, обладающего свойствами, которые соответствуют параметрам несущей частоты;
● Использование антенн малого размера, поскольку он должен быть пропорционален длине волны;
● Обеспечение отсутствия интерференции с другими радиосигналами.
Виды модуляции в системах связи
Существует три основных вида модуляции:
Аналоговая модуляция
Предполагает кодирование информации посредством изменения частоты, амплитуды или фазы синусоидального сигнала, относящегося к несущей частоте.
Цифровая модуляция
Применяется для передачи кодированных сообщений с помощью дискретных методов. При этом непрерывный транслируемый сигнал квантуется по уровню, дискретизируется по времени. После этого итоговые отчеты, следующие в дискретные временные промежутки, преобразуются до кодовых комбинаций, которыми затем модулируется сигнал-переносчик высокой частоты.
Импульсная модуляция
Вариация модулированных сигналов, где несущий сигнал представлен последовательностью импульсов. Определяется изменением параметров импульсных сигналов (длительности, частоты, фазы, амплитуды).
Методы модуляции в системах связи
Модуляция в системах связи осуществляется посредством множества методов, дополнительно классифицируемых на отдельные типы.
Амплитудная модуляция
Осуществляется изменением амплитуды несущего сигнала. Ко входу модулирующего устройства поступают опорный и модулирующий сигналы, а у выхода образуется смодулированный. Данный тип прост в исполнении, однако не способен обеспечить достаточную помехоустойчивость.
Существуют следующие виды амплитудной модуляции (АМ):
Балансная модуляция
Применяется для устранения составляющей несущего сигнала, существующей в спектре модулированного. При этом создается модулированный сигнал без составляющей несущего путем использования специализированных модуляторов — кольцевого или балансного.
Однополосная модуляция
Формирует модулированный сигнал, имеющий одну боковую полосу. Широко используется каналообразующей аппаратурой для эффективного применения мощности радиопередающего оборудования, спектра канала. Однополосный канал превосходит амплитудную модуляцию по мощности и напряжению.
Частотная модуляция
Процесс, вызывающий изменения частоты несущего сигнала соответственно мгновенным показателям модулирующего. Характеризуется высокой помехоустойчивостью, однако требует использования высокочастотного диапазона.
Частотная модуляция представлена следующими видами:
ЧМ с минимальным сдвигом
Модуляция, при которой последовательность, состоящая из прямоугольных информационных импульсов, проходит сквозь фильтр Гаусса.
Двукратная частотная манипуляция
Простейший вид многократной манипуляции, где модулируемая частота передатчика принимает четыре значения (f).
Фазовая модуляция
Процесс, отражающий изменение фазы несущего сигнала соответственно мгновенным значениям модулирующего. Данный тип формирует защищенную от помех связь в микроволновом диапазоне.
Делится на три вида:
Относительная фазовая модуляция
При данном типе в зависимости от значения информационного элемента меняется только фаза сигнала при сохранной частоте, амплитуде. Отсчет фазы транслируемого сигнала производится относительно предыдущего элемента, а не несущей.
Двоичная фазовая модуляция
Простой метод, способный передавать один бит на символ.
Двукратная относительная фазовая манипуляция
При этом способе каждому сочетанию показателей двух соседних разрядов транслируемой кодовой комбинации соответствует одно из 4-х значений разности фаз находящихся рядом посылок.
Смешанные методы модуляции
Такие методы предполагают одновременную модуляцию нескольких параметров сигнала (частота, амплитуда, фаза).
Представлена следующими типами:
Амплитудно-фазовая манипуляция (квадратурная)
Для повышения пропускной способности здесь применяется одновременная манипуляция фазы и амплитуды. Каждый возможный элемент модулированного сигнала (точка сигнального пространства или сигнальный вектор) характеризуется значением фазы и амплитуды. Повышение скорости передачи достигается увеличением количества «точек» пространства, где существует модулированный сигнал, в число раз, кратное двум.
Амплитудно-импульсная модуляция
Заключается в изменении прироста амплитуды импульсов соответственно функции сигнала управления при периоде следования импульсов и их постоянной длительности.
Импульсно-кодовая модуляция
Позволяет отобразить аналоговый непрерывный сигнал как последовательность равноудаленных друг от друга импульсов, амплитуда которых представлена двоичным кодом. Такое преобразование повышает надежность хранения, передачи сигнала.
Фазоимпульсная модуляция
Представлена задержкой появления импульса относительно начала периода на время, которое соответствует значению информационных символов (модулируемого сигнала). Импульсы при этом отличаются постоянной длительностью.
Широтно-импульсная модуляция
Управление мощностью, осуществляемое методом пульсирующего включения и выключения энергопотребителя. При этом изменяется длительность импульса (в зависимости от модулирующего сигнала), частота же остается постоянной.
Аддитивная модуляция
Добавляет модулирующий сигнал к несущей, что позволяет создавать двухтоновые сигналы или добавлять контролируемые сигналы шума, имеющие разную полосу пропускания. Использование данного типа модуляции увеличивает амплитуду выходного сигнала на амплитуду модулирующего.
Дельта-модуляция
Способ превращения аналогового сигнала в цифровой. Каждый момент отсчета сопровождается сравнением преобразуемого сигнала с пилообразным напряжением, существующем на каждом шаге дискретизации.
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
Выбор необходимого формата определяет:
Правильность приема сообщений
Для оценки верности приема сообщений используется показатель взаимосвязи сигнал / шум у выхода приемного устройства.
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.
Зачем нужны новые методы модуляции
Основным форматом модуляции выступает бинарное амплитудное кодирование, популярность которого поддерживается благодаря малой стоимости приемопередающего оборудования, простоте реализации. Однако использование АМ препятствует повышению спектральной эффективности, а значит и суммарной скорости передачи информации. Поэтому необходима разработка и внедрение новых спектрально эффективных форматов.
Заказать спутниковое оборудование →
