Модуляция и манипуляция

Модуляция — процесс изменения определённых параметров более высокочастотного несущего (модулируемого) сигнала, выполняющего роль переносчика информации с помощью модулирующего сигнала, который закладывает информацию.

Модуляция бывает аналоговой и цифровой. К аналоговой относятся виды модуляции при которой физически изменяется частота, амплитуда или фаза синусоидального сигнала. В цифровой происходит преобразование кодовых символов в последовательность сигналов.

Виды аналоговой модуляции:

Амплитудная модуляция (АМ) — вид модуляции при котором изменяемым параметром является амплитуда.

Первые опыты по передаче с её помощью проводились ещё в 1906 канадским и американским инженером Р. Фессенденом. В его опытах электромашинный генератор вырабатывал сигнал частотой 50 кГц, затем в цепи включался угольный микрофон, изменяющий сопротивление цепи, после чего шла антенна. Являясь самым первым широко применяемым на практике видом модуляции получила огромное распространение.

Реджинальд Обри Фессенден (1866 г. — 1932 г.)

Самой простой передачей сигнала в амплитудной модуляции является та, которая содержит 2 боковые полосы и несущую, она называется DSBSC. Однако при ней две трети энергии тратится на несущую, которая не несёт никакой информации. Потому популярны виды амплитудной модуляции с одним боковым сигналом (SSB), где одна из двух зеркальных боковых полос «обрезается», а затем приёмник восстанавливает несущую без потери информации. В зависимости от того какая полоса была исключена SSB может быть в верхней боковой полосе или нижней. И также существует передача с двумя боковыми полосами и отсутствующей несущей(DSB).

DSBSC

SSB (верхняя)

SSB (нижняя)

DSB

Частотная модуляция (FM) — вид модуляции при котором изменяемым параметром является частота, а амплитуда остаётся неизменной.

Изобрёл частотную модуляцию в 1902 году Корнелиус Д. Эрет, но более 30 лет изобретение не находило практического применения. В 1933 году Эдвин Армстронг предложил использование ЧМ для радиовещания, что уменьшило бы общее количество помех, которые приводят, как правило к случайному изменению амплитуды. И в 1935 прошла первая демонстрация радиосвязи с её использованием. Она сложнее в реализации, по сравнению с амплитудной, но благодаря преимуществам стала крайне популярной и в наше время считается одной из главных.

Эдвин Говард Армстронг (1890 г. — 1954 г.)

Линейная частотная модуляция — подвид частотной модуляции при котором частота сигнала изменяется по линейному закону.

Фазовая модуляция (PM) — вид модуляции, при которой частота и амплитуда остаются неизменными, передача информации происходит за счёт изменения фазы несущего колебания прямо пропорционально информационному сигналу.

По характеристикам близка к частотной модуляции.

В отличии от частотной модуляции изображение фазовой модуляции с визуальной точки зрения менее интуитивно понятно. В фазовой модуляции частота несущей соответствует наклону формы волны модулирующего сигнала. Наиболее высокочастотные участки соответствуют времени самого крутого положительного наклона, а наиболее низкочастотные — самого крутого отрицательного.

Также информация может передаваться не в самой фазе, а в разности фаз соседних сигналов в последовательности, такую называют относительная фазовая манипуляция (ОФМ).

Среди видов модуляции выделяется один из самых старых, если не самый — CW, непрерывная волна или непрерывный сигнал. В ней электромагнитная волна имеет постоянную амплитуду, частоту и, в математическом анализе, бесконечную продолжительность. В ней информация передаётся с помощью разных продолжительностью импульсов (включений и выключений сигнала). Она используется на протяжении всей своей истории для передачи сигналов в азбуке Морзе и потому они остаются неотделимы друг от друга.

Цифровая модуляция (манипуляция) — процесс преобразования закодированных символов в последовательность сигналов. Форма сигналов в ней зачастую «квадратная»

Виды манипуляции:

Цифровая фазовая модуляция (FSK) — вид фазовой модуляции, при котором фаза изменяется соответственно последовательности нолей и единиц.

Также существует квадратурная фазовая манипуляция (QPSK), интересная тем, что при ней передаётся два бита в одном символе. Т.е. символы являются не 0 или 1, а 00, 01 или 11.

Амплитудная манипуляция (АМн) - вид манипуляции, при котором скачкообразно изменяется амплитуда несущего колебания в зависимости от символа информационной последовательности.

Телеграфные сигналы т.е. азбуку Морзе чаще всего передают именно с помощью амплитудной манипуляции. Этот метод наиболее прост в реализации в сравнении с другими.

Частотная манипуляция (ЧМн) - манипуляция при которой в зависимости от символа информационной последовательности изменяется частота несущего сигнала.

Опять же, поскольку помехи приводят в основном к изменению амплитуды частотная манипуляция более помехоустойчива в сравнении с амплитудной.

Типы модуляции и классов излучений

Первый символ (буква английского алфавита) характеризует тип модуляции основной несущей, второй символ (цифра) — характер сигнала, модулирующего основную несущую, третий символ (буква английского алфавита) — тип передаваемой информации.

Иногда после трех основных символов, характеризующих класс излучения, также могут использоваться две дополнительные необязательные характеристики: четвертое обозначение (буква) — подробные данные о сигнале (сигналах), пятое обозначение (буква) — характер уплотнения.

Обозначения символов, описывающих класс излучения.

1. Первый символ — тип модуляции основной несущей:

Излучения, при которых основная несущая модулируется по амплитуде (амплитудная модуляция):

А — двухполосная;

Н — однополосная с полной несущей;

R — однополосная с частично подавленной несущей;

J — однополосная с полностью подавленной несущей;

Излучения, при которых основная несущая имеет угловую модуляцию:

F — частотная модуляция;

G — фазовая модуляция;

2. Второй символ — характер сигнала (сигналов), модулирующего основную несущую:

0 — отсутствие модулирующего сигнала;

1 — один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию без использования модулирующей поднесущей;

2 — один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию при использовании модулирующей поднесущей;

3 — один канал с аналоговой информацией.

3. Третий символ — тип передаваемой информации:

N — отсутствие передаваемой информации;

А — телеграфия для слухового приема;

В — телеграфия для автоматического приема;

С — факсимиле;

Е — телефония.

Перечень классов излучений, стандартно используемых в морской радиосвязи:

АЗЕ — двухполосная телефония (радиовещание);

J3E — однополосная телефония с подавленной несущей;

НЗЕ — однополосная телефония с полной несущей (разрешена для использования только на частоте 2182 кГц);

F3E — телефония с частотной модуляцией;

G3E — телефония с фазовой модуляцией;

G2B — фазовая модуляция; один канал, содержащий дискретную или цифровую информацию, с использованием модулируемой поднесущей;

F1B — частотная телеграфия;

J2B — буквопечатающая телеграфия с использованием амплитудной модуляции и частотно-манипулированной поднесущей, передача на одной боковой полосе, подавленная несущая;

А1А — телеграфия незатухающими колебаниями, код Морзе;

А2А — телеграфия с амплитудной манипуляцией тонально модулированной несущей, код Морзе;

F1C — факсимиле с непосредственной частотной модуляцией несущей черно-белое;

F3C — аналоговое факсимиле;

PON — немодулированное импульсное излучение.

Для полного обозначения излучений перед обозначением класса излучения с помощью четырех знаков можно указать необходимую ширину полосы излучения.

Необходимая ширина полосы частот — это ширина полосы частот, которая достаточна при данном классе излучения для обеспечения передачи сообщений с необходимой скоростью и качеством при определенных условиях. Значения необходимой ширины полосы частот для различных классов излучения составляют:

J3E — 2,7 кГц (коммерческое качество)

НЗЕ — 3,0 кГц (коммерческое качество)

АЗЕ — 6,0 кГц (коммерческое качество)

J2B — 304 Гц (при скорости 100 Бод)

F1B — 304 Гц (при скорости 100 Бод)

F3E — 16 кГц (коммерческое качество)

F1C, F3C — 1,98 кГц (при 1100 белых и черных элементарных посылок в секунду)

Примеры обозначения ширины полосы частот:

304 Н — 304Гц

2К70-2,7кГц

16К0- 16 кГц.