Modulacija je proces povečevanja in krepitve frekvence in moči sporočilnega signala. To je postopek, ki prekriva prvotni signal in neprekinjeni visokofrekvenčni signal. notri Amplitudna modulacija (AM) se amplituda nosilnega vala spreminja s signalom sporočila. Postopek AM je prikazan na spodnji sliki:

na primer

Avdio signal

Zvočni signali so signali z visokim šumom. Prenos takih signalov na velike razdalje ni enostaven. Zato je za uspešen prenos potrebna modulacija zvočnih signalov. AM modulacija je postopek, pri katerem se signal sporočila prekriva z radijskim valom kot nosilnim signalom. Kombinira se z radijskim nosilnim valom visoke amplitude, kar poveča magnitudo zvočnega signala.

Podobno, Frekvenčna modulacija (FM) obravnava variacijo frekvence nosilnega signala in Fazna modulacija (PM) obravnava fazno spremembo nosilnega signala.

mvc z javo

Najprej se pogovorimo o analognem in z njim povezanih izrazih.

Najprej se pogovorimo o analognem in z njim povezanih izrazih.

Analogni se nanaša na nenehno spreminjanje s časom. Analogno komunikacijo in analogni signal lahko definiramo kot: An analogno komunikacijo je komunikacija, ki se nenehno spreminja s časom. Odkrili so ga pred digitalno komunikacijo. Za prenos z nizkocenovnimi komponentami potrebuje manjšo pasovno širino. An analogni signal je signal, ki se nenehno spreminja s časom. Primeri analognega signala vključujejo sinusne valove in kvadratne valove.

Spodaj je prikazan preprost analogni signal:

Tukaj bomo razpravljali o naslednjem:

Kaj je modulacija?

Vrste amplitudne modulacije

Zgodovina amplitudne modulacije

Potreba po modulaciji

Frekvenčni prevod AM

Indeks modulacije

Učinkovitost AM

Prednosti in slabosti amplitudne modulacije

Uporaba amplitudne modulacije

Numerični primeri

Kaj je modulacija?

Ko se signal sporočila prekriva z nosilnim signalom, je to znano kot modulacija . Signal sporočila je nadgrajen na vrhu nosilnega vala. Tukaj superponirano pomeni postavitev signala na drugi signal. Nastali signal ima izboljšano frekvenco in moč.

Prevajanje signala je potrebno na koncu oddajnika za analogne in digitalne signale. Prevajanje se izvede, preden se signal prenese na kanal za prenos do sprejemnika.

Sporočilni signal

Izvirni signal, ki vsebuje sporočilo, ki ga je treba poslati prejemniku, je znan kot signal sporočila.

Nosilni signal

Nosilni signal je signal s konstantno frekvenco, ki je običajno visoka. Nosilni signalni valovi ne potrebujejo medija za širjenje.

Baseband signal

Sporočilni signal, ki predstavlja frekvenčni pas, je znan kot signal osnovnega pasu. Razpon signalov osnovnega pasu je od 0 Hz do mejne frekvence. Imenuje se tudi nemodulirani signal ali nizkofrekvenčni signal.

Analogni signal je izhod svetlobnega/zvočnega vala, pretvorjenega v električni signal.

Pasovni signal

Osredotočen je na frekvenco, ki je višja od največje komponente signala sporočila.

Primer

Razmislimo o primeru govorni signal . Je vrsta zvočnega signala.

Govorni signal ima nižje frekvence osnovnega pasu v razponu od 0,3 do 3,4 kHz. Če želita dve osebi komunicirati na istem kanalu, bodo frekvence osnovnega pasu motile. To je zato, ker nižje frekvence ne morejo dovoliti dveh frekvenc osnovnega pasu na istem kanalu. Zato se z govornim signalom uporablja nosilec visoke frekvence do 8kHz. Poveča frekvenčno območje govornega signala. Dvema osebama omogoča komunikacijo na istem kanalu brez motenj.

Potreba po modulaciji

Komunikacijski sistem pošilja podatke od oddajnika do sprejemnika. Podatki so obdelani in prepotujejo več kot stotine milj, preden dosežejo sprejemnik. Šum med prenosom lahko vpliva na obliko komunikacijskega signala. Dodatno zavaja prejete informacije z zmanjšanjem frekvence in moči signala. Potreben je postopek, ki poveča frekvenco in moč signala. Proces v komunikaciji je znan kot modulacija .

Pri komunikaciji je bistvenega pomena prenos signala iz enega kraja v drugega. Tu se originalni signal nadomesti z novim, pri čemer se njegova frekvenca poveča od f1 - f2 do f1' - f2'. Prisoten je v obnovljivi obliki na koncu sprejemnika. Zahteva po modulaciji temelji na naslednjih dejavnikih:

1. Frekvenčno multipleksiranje
2. Antene
3. Ozki pasovi
4. Skupna obdelava

Frekvenčno multipleksiranje

Multipleksiranje se nanaša na prevajanje več signalov na istem kanalu. Recimo, da imamo tri signale, ki se prenašajo po enem komunikacijskem kanalu, ne da bi to vplivalo na kakovost signala in podatke. To pomeni, da morajo biti signali razločljivi in ​​obnovljivi na sprejemnem koncu. To je mogoče storiti s prevajanjem treh signalov na različnih frekvencah. Preprečuje križanje več signalov.

Naj bo frekvenčno območje treh signalov -f1 do f1, -f2 do f2 in -f3 do f3. Signali so ločeni z varovalom med njimi, kot je prikazano spodaj:

Če se izbrane frekvence teh signalov ne prekrivajo, jih je mogoče enostavno obnoviti na sprejemnem koncu z uporabo ustreznih pasovnih filtrov.

Antene

Antene oddajajo in sprejemajo signale v prostem prostoru. Dolžina antene je izbrana glede na valovno dolžino oddanega signala.

Ozkopasovnost

Signal se prenaša v prosti prostor s pomočjo antene. Recimo, da je frekvenčno območje od 50 do 10⁴Hz Razmerje med najvišjo in najnižjo frekvenco bo 10⁴/50 ali 200. Dolžina antene pri tem razmerju bo postala predolga na enem koncu in prekratka na drugem koncu. Ni primeren za prenos. Zato se zvočni signal prevede v obseg (10⁶+ 50) do (10⁶+ 10⁴). Zdaj bo razmerje okoli 1,01. Znan je kot ozkopasovnost .

Tako lahko proces prevajanja spremenimo v ozkopasovnega ali širokopasovnega, odvisno od zahtev.

Skupna obdelava

Včasih moramo obdelati spektralno frekvenčno območje različnih signalov. Če obstaja veliko število signalov, je bolje delovati v nekem fiksnem frekvenčnem območju, namesto da bi obdelali frekvenčno območje vsakega signala.

na primer

Superheteroyne sprejemnik

Tukaj je skupni procesni blok nastavljen na drugo frekvenco z uporabo lokalnega oscilatorja.

Vrste amplitudne modulacije

Vrste modulacije so označene z TO (Mednarodna telekomunikacijska zveza). Obstajajo tri vrste amplitudne modulacije, ki so naslednje:

filmi 123 do

• Enostranska modulacija
• Modulacija z dvojnim stranskim pasom
• Ostala modulacija stranskega pasu

Prvotno ime AM je bilo DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), ker se stranski pasovi lahko pojavijo na obeh straneh nosilne frekvence.

Enostranska modulacija (SSB)

SSB AM je standardna metoda za ustvarjanje stranskih pasov samo na eni strani nosilne frekvence. Amplitudna modulacija lahko ustvari stranske pasove na obeh straneh nosilne frekvence. V SSB uporablja pasovne filtre, da zavrže en stranski pas. Postopek modulacije SSB izboljša izkoriščenost pasovne širine in skupno moč prenosa prenosnega medija.

Modulacija nosilca z dvojnim stranskim pasom (DSB-SCB)

Dvojno pomeni dva stranska trakova. Frekvence, ki jih proizvaja AM v DSB, so simetrične glede na nosilno frekvenco. DSB je nadalje kategoriziran kot DSB-SC in DSB-C . Modulacija DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) ne vsebuje nosilnega pasu, zaradi česar je tudi njena učinkovitost največja v primerjavi z drugimi vrstami modulacije. Nosilni del v DSB-SC je odstranjen iz izhodne komponente. DSB-C (dvojni stranski pas z nosilcem) je sestavljen iz nosilnega vala. Izhod, ki ga ustvari DSB-C, ima nosilec v kombinaciji s sporočilom in komponento nosilca.

Vestigial Sideband Modulation (VSB)

Nekatere informacije so SSB, DSB pa se lahko izgubijo. Zato se VSB uporablja za premagovanje pomanjkljivosti teh dveh vrst AM. Vestige pomeni del signala. V VSB je del signala moduliran.

O treh vrstah AM bomo podrobneje razpravljali kasneje v vadnici.

Zgodovina amplitudne modulacije

• Leta 1831 je angleški znanstvenik Michael Faraday odkril elektromagnet
• Leta 1873 je matematik in znanstvenik James C Maxwell opisal širjenje EM valov.
• Leta 1875 je Graham Bell odkril telefon.
• Leta 1887 je nemški fizik H Hertz odkril obstoj radijskih valov.
• Leta 1901 je kanadski inženir imenovan R Fessenden prevedel prvi amplitudno moduliran signal.
• R Fessenden ga je odkril s pomočjo oddajnika iskrišča, ki oddaja signal s pomočjo električne iskre.
• Praktično izvajanje AM se je začelo med letoma 1900 in 1920 z radiotelefonskim prenosom. Šlo je za komunikacijo z zvočnim ali govornim signalom.
• Prvi zvezni Am oddajnik je bil razvit okoli 1906 - 1910.
• Leta 1915 je ameriški teoretik JR Carson je začel matematično analizo amplitudne modulacije. Pokazal je, da je za prenos zvočnega signala dovolj že en pas.
• 1. decembra 1915 je JR Carson patentiral SSB (Enojni stranski pas) Modulacija.
• Radio AM je postal priljubljen po izumu vakuumske cevi okoli leta 1920.

Frekvenčni prevod amplitudne modulacije

Signal se prenaša tako, da se pomnoži s pomožnim sinusnim signalom. Podaja ga:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

Kje,

Am je konstanta amplitude

Fm je modulacijska frekvenca

Fm = ω_m/2p

Spektralni vzorec bo dvostranski amplitudni vzorec. Sestavljen je iz dveh vrstic z amplitudo Am/2, kot je prikazano spodaj:

Nahaja se v frekvenčnem območju od f = fm do f = -fm.

Naj bo pomožni sinusni signal Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Z množenjem dvojnega spektralnega vzorca s pomožnim signalom dobimo:

Vm(t). Vc(t) = A_mcosω_mt x A_Ccosω_Ct

Vm(t). Vc(t) = A_mA_Ccosω_mt cosω_Ct

Zdaj obstajajo štiri spektralne komponente, kot je prikazano zgoraj.

To pomeni, da ima spektralni vzorec zdaj dve sinusni valovni obliki frekvence Fc + Fm in Fc - Fm. Amplituda pred množenjem je bila Am/2. Vendar se komponente po množenju povečajo z dveh na štiri.

Amplituda bo sedaj:

AmAc/4

1 sinusna komponenta = 2 spektralni komponenti

Tako bo amplituda vsake sinusne komponente:

AmAc/2

Spektralni vzorec po množenju se prevede v pozitivni in negativni frekvenčni smeri. Če te štiri spektralne vzorce pomnožimo, bo rezultat 6 spektralnih komponent v obliki osmih sinusnih valovnih oblik.

Indeks modulacije

Indeks modulacije je definiran kot razmerje med največjo vrednostjo sporočilnega signala in nosilnega signala.

Podaja ga:

Indeks modulacije = M/A

Kje,

M je amplituda sporočilnega signala

A je amplituda nosilnega signala

oz

Indeks modulacije = Am/Ac

Učinkovitost AM

Učinkovitost amplitudne modulacije je opredeljena kot razmerje med močjo stranskega pasu in celotno močjo.

Učinkovitost = Ps/Pt

Skupna moč je vsota moči stranskega pasu in nosilne moči.

Pt = Ps + Pc

Tako lahko učinkovitost opredelimo tudi kot:

Učinkovitost = Ps/Ps + Pc

Am signal v frekvenčni domeni lahko predstavimo kot:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Kje,

m(t) je signal osnovnega pasu

k je amplitudna občutljivost

s(t) ohranja signal osnovnega pasu I njegovo ovojnico

c# stikalo

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Prvi člen je nosilni člen, drugi člen pa stranski člen.

Moč je lahko predstavljena kot:

Za nosilec je moč = A_C²/2

Za izraz stranskega pasu je moč = A_C²k²/2 x Pm

Pm je povprečna moč sporočilnega signala, prisotnega v členu stranskega pasu.

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

Učinkovitost= k²Pm/1 + k²Pm

To je pogost izraz, ki se uporablja za ugotavljanje učinkovitosti moči amplitudne modulacije.

Ker v modulaciji za zatiranje nosilca z dvojnim stranskim pasom ni nosilca, je njegova učinkovitost 50 %. Učinkovitost enotonsko moduliranega signala v primeru sinusne valovne oblike je okoli 33 %. Največji izkoristek 100 % je mogoče doseči z uporabo SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Prednosti

Prednosti amplitudne modulacije so naslednje:

• Amplitudna modulacija pomaga signalu prepotovati velike razdalje s spreminjanjem amplitude signala sporočila.
• Komponente, ki se uporabljajo v AM sprejemnikih in oddajnikih, so poceni.
• AM signale je enostavno modulirati in demodulirati.
• Modulirani signal ima nižjo frekvenco kot signal nosilca.
• Postopek izvajanja amplitudne modulacije je preprost.
• Komunikacijski kanal, ki se uporablja za prenos, je lahko žični ali brezžični kanal. Povezuje oddajnik s sprejemnikom. Prav tako prenaša informacije od oddajnika do sprejemnika.

Slabosti

AM je široko uporabljena modulacija kljub številnim pomanjkljivostim. Slabosti amplitudne modulacije so naslednje:

• Zaradi prisotnosti AM detektorjev je bolj dovzeten za hrup. Vpliva na kakovost signala, ki doseže sprejemnik.
• Ima stranske pasove na obeh straneh nosilne frekvence. Moč v dvojnih stranskih pasovih ni izkoriščena 100 %. Moč, ki jo prenašajo valovi AM, je okoli 33 %. To pomeni, da se več kot polovica moči v dvojni strani izgubi.
• AM zahteva visoko pasovno širino, tj. dvakrat večjo od zvočne frekvence.

Uporaba amplitudne modulacije

Uporaba amplitudne modulacije je naslednja:

Oddajanje
Amplitudna modulacija poveča frekvenco sporočilnega signala zaradi prisotnosti visokofrekvenčnega nosilnega signala. Zato se zaradi te prednosti pogosto uporablja pri oddajanju.Band radijski sprejemniki
Amplitudna modulacija se uporablja v prenosnih dvosmernih radijskih postajah in pasovnih radijskih postajah za učinkovito komunikacijo.

Numerični primeri

Oglejmo si primer, ki temelji na amplitudni modulaciji.

primer: Poiščite skupno moč amplitudno moduliranega signala z nosilno močjo 400 W in modulacijskim indeksom 0,8.

rešitev : Formula za izračun skupne moči amplitudno moduliranega signala je podana z:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Kje,

Pt je skupna moč

Pc je nosilna moč

M je moduliran signal

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

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

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 vatov

namestitev gorilnika

Tako je skupna moč amplitudno moduliranega signala 528 vatov.

Primer 2: Kakšna je največja učinkovitost enotonskega modulacijskega signala?

rešitev : Največja učinkovitost enotonskega modulacijskega signala je 33 %.

Učinkovitost je podana s formulo:
Učinkovitost = u²/(2 + u²)

Pri največji učinkovitosti je u = 1

Učinkovitost = 1²/(2 + 1²)

Učinkovitost = 1/3

Učinkovitost % = 1/3 x 100

Učinkovitost % = 100/3

Učinkovitost % = 33,33