Modulácia je proces zvyšovania a zvyšovania frekvencie a sily signálu správy. Je to proces, ktorý prekrýva pôvodný signál a kontinuálny vysokofrekvenčný signál. In Amplitúdová modulácia (AM), amplitúda nosnej vlny sa mení so signálom správy. Proces AM je znázornený na obrázku nižšie:

Napríklad,

Zvukový signál

Zvukové signály sú signály s vysokým šumom. Nie je ľahké prenášať takéto signály na veľké vzdialenosti. Preto je pre úspešný prenos potrebná modulácia zvukových signálov. AM modulácia je proces, v ktorom sa signál správy superponuje na rádiové vlny ako nosný signál. Je kombinovaná s rádiovou nosnou vlnou s vysokou amplitúdou, ktorá zvyšuje veľkosť zvukového signálu.

podobne, Frekvenčná modulácia (FM) sa zaoberá variáciou frekvencie nosného signálu a Fázová modulácia (PM) sa zaoberá fázovou variáciou nosného signálu.

Poďme najprv diskutovať o analógu a jeho súvisiacich pojmoch.

Poďme najprv diskutovať o analógu a jeho súvisiacich pojmoch.

Analógové sa vzťahuje na kontinuálne zmeny v čase. Analógovú komunikáciu a analógový signál môžeme definovať ako: An analógová komunikácia je komunikácia, ktorá sa v čase neustále mení. Bolo objavené ešte pred digitálnou komunikáciou. Vyžaduje menšiu šírku pásma na prenos s lacnými komponentmi. An analógový signál je signál, ktorý sa plynule mení s časom. Príklady analógového signálu zahŕňajú sínusové vlny a štvorcové vlny.

Jednoduchý analógový signál je zobrazený nižšie:

Tu budeme diskutovať o nasledujúcom:

Čo je modulácia?

Typy amplitúdovej modulácie

História amplitúdovej modulácie

Potreba modulácie

Frekvenčný preklad AM

3D v Autocade

Modulačný index

Efektívnosť AM

Výhody a nevýhody amplitúdovej modulácie

Aplikácie amplitúdovej modulácie

Číselné príklady

Čo je modulácia?

Keď je signál správy superponovaný na nosný signál, je známy ako modulácia . Signál správy je superponovaný na vrchol nosnej vlny. Tu superponovaný znamená umiestniť signál na druhý signál. Výsledný vytvorený signál má zlepšenú frekvenciu a silu.

Preklad signálu je potrebný na konci vysielača pre analógové aj digitálne signály. Preklad sa vykonáva predtým, ako sa signál privedie na kanál na prenos do prijímača.

Signál správy

Pôvodný signál, ktorý obsahuje správu, ktorá sa má preniesť do prijímača, je známy ako signál správy.

Nosný signál

Nosný signál je signál s konštantnou frekvenciou, ktorá je vo všeobecnosti vysoká. Vlny nosného signálu nevyžadujú na šírenie médium.

Signál v základnom pásme

Signál správy, ktorý predstavuje pásmo frekvencií, je známy ako signál v základnom pásme. Rozsah signálov základného pásma je od 0 Hz do medznej frekvencie. Nazýva sa tiež nemodulovaný signál alebo nízkofrekvenčný signál.

Analógový signál je výstupom svetelnej/zvukovej vlny premenenej na elektrický signál.

Passband signál

Je vycentrovaný na frekvencii vyššej ako je maximálna zložka signálu správy.

Príklad

Uvažujme o príklade rečový signál . Je to druh zvukového signálu.

Hovorový signál má nižšie frekvencie základného pásma v rozsahu 0,3 až 3,4 kHz. Ak chcú dve osoby komunikovať na rovnakom kanáli, frekvencie základného pásma budú rušiť. Je to preto, že nižšie frekvencie nemôžu povoliť dve frekvencie základného pásma na rovnakom kanáli. Preto sa s rečovým signálom používa nosič vysokej frekvencie až do 8 kHz. Zvyšuje frekvenčný rozsah rečového signálu. Umožňuje dvom osobám komunikovať na rovnakom kanáli bez akéhokoľvek rušenia.

Potreba modulácie

Komunikačný systém posiela dáta z vysielača do prijímača. Údaje sú spracované a prejdú viac ako stovky kilometrov, kým sa dostanú k prijímaču. Šum pri prenose môže ovplyvniť tvar komunikujúceho signálu. Ďalej zavádza prijaté informácie znížením frekvencie a sily signálu. Vyžaduje sa proces, ktorý zvýši frekvenciu a silu signálu. Proces v komunikácii je známy ako modulácia .

Pri komunikácii je nevyhnutné prenášať signál z jedného miesta na druhé. Tu je pôvodný signál nahradený novým, čím sa zvýši jeho frekvencia z f1 - f2 na f1' - f2'. Je prítomný vo využiteľnej forme na prijímacej strane. Požiadavka modulácie je založená na nasledujúcich faktoroch:

1. Frekvenčný multiplex
2. Antény
3. Úzke pruhovanie
4. Spoločné spracovanie

Frekvenčný multiplex

Multiplexovanie sa týka prekladu viacerých signálov na rovnakom kanáli. Predpokladajme, že máme tri signály, ktoré sa majú prenášať jedným komunikačným kanálom bez ovplyvnenia kvality signálu a údajov. Znamená to, že signály by mali byť na prijímacom konci rozlíšiteľné a obnoviteľné. Dá sa to dosiahnuť prekladom troch signálov pri rôznych frekvenciách. Zabraňuje kríženiu viacerých signálov.

Frekvenčný rozsah troch signálov nech je -f1 až f1, -f2 až f2 a -f3 až f3. Signály sú medzi nimi oddelené strážou, ako je znázornené nižšie:

Ak sa zvolené frekvencie týchto signálov neprekrývajú, možno to na prijímacom konci ľahko obnoviť použitím vhodných pásmových filtrov.

Antény

Antény vysielajú a prijímajú signály vo voľnom priestore. Dĺžka antény sa volí podľa vlnovej dĺžky vysielaného signálu.

Zužovanie

Signál sa prenáša vo voľnom priestore pomocou antény. Predpokladajme, že frekvenčný rozsah je od 50 do 10⁴Hz. Pomer najvyššej k najnižšej frekvencii bude 10⁴/50 alebo 200. Dĺžka antény pri tomto pomere bude príliš dlhá na jednom konci a príliš krátka na druhom konci. Nie je vhodný na prenos. Preto je zvukový signál preložený do rozsahu (10⁶+ 50) až (10⁶+ 10⁴). Pomer teraz bude okolo 1,01. Je známy ako úzkopásmové .

Proces prekladu sa teda môže zmeniť na úzkopásmový alebo širokopásmový v závislosti od požiadaviek.

Spoločné spracovanie

Niekedy potrebujeme spracovať spektrálny frekvenčný rozsah rôznych signálov. Ak existuje veľké množstvo signálov, je lepšie pracovať v určitom frekvenčnom rozsahu, a nie spracovávať frekvenčný rozsah každého signálu.

Napríklad,

Superheteroynový prijímač

Tu je spoločný blok spracovania naladený na inú frekvenciu pomocou lokálneho oscilátora.

Typy amplitúdovej modulácie

Typy modulácie sú určené TO (Medzinárodná telekomunikačná únia). Existujú tri typy amplitúdovej modulácie, ktoré sú nasledovné:

• Modulácia s jedným postranným pásmom
• Modulácia s dvojitým postranným pásmom
• Modulácia zvyškového postranného pásma

Pôvodný názov AM bol DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), pretože postranné pásma sa môžu objaviť na oboch stranách nosnej frekvencie.

Single Sideband Modulation (SSB)

SSB AM je štandardná metóda na vytváranie postranných pásiem iba na jednej strane nosnej frekvencie. Amplitúdová modulácia môže produkovať postranné pásma na oboch stranách nosnej frekvencie. V SSB používa pásmové filtre na vyradenie jedného postranného pásma. Proces SSB modulácie zlepšuje využitie šírky pásma a celkový prenosový výkon prenosového média.

Potlačená modulácia nosiča s dvojitým postranným pásmom (DSB-SCB)

Dvojité znamená dve postranné pásy. Frekvencie produkované AM v DSB sú symetrické okolo nosnej frekvencie. DSB je ďalej kategorizovaný ako DSB-SC a DSB-C . Modulácia DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) neobsahuje žiadne nosné pásmo, vďaka čomu je aj jej účinnosť maximálna v porovnaní s inými typmi modulácie. Nosná časť v DSB-SC je odstránená z výstupného komponentu. DSB-C (Double Sideband with Carrier) pozostáva z nosnej vlny. Výstup produkovaný DSB-C má nosnú v kombinácii so správou a nosnou zložkou.

Modulácia zbytkového postranného pásma (VSB)

Niektoré informácie sú SSB a DSB sa môže stratiť. Preto sa VSB používa na prekonanie nevýhod týchto dvoch typov AM. Vestige znamená časť signálu. Vo VSB je časť signálu modulovaná.

c formátovaný reťazec

O troch typoch AM budeme podrobne diskutovať neskôr v návode.

História amplitúdovej modulácie

• V roku 1831 anglický vedec Michael Faraday objavil elektromagnetické pole
• V roku 1873 opísal matematik a vedec James C Maxwell šírenie EM vĺn.
• V roku 1875 objavil A Graham Bell telefón.
• V roku 1887 nemecký fyzik H Hertz objavil existenciu rádiových vĺn.
• V roku 1901 menoval kanadský inžinier R Fessenden preložil prvý amplitúdovo modulovaný signál.
• R Fessenden to objavil pomocou iskrišťového vysielača, ktorý prenáša signál pomocou elektrickej iskry.
• Praktická implementácia AM začala v rokoch 1900 až 1920 prostredníctvom rádiotelefónneho prenosu. Išlo o komunikáciu pomocou zvukového alebo rečového signálu.
• Prvý kontinuálny vysielač Am bol vyvinutý v rokoch 1906 - 1910.
• V roku 1915 americký teoretik JR Carson inicioval matematickú analýzu amplitúdovej modulácie. Ukázal, že na prenos zvukového signálu stačí jedno pásmo.
• 1. decembra 1915 si JR Carson patentoval SSB (Single Sideband) Modulácia.
• Rozhlasové AM vysielanie sa stalo populárnym po vynáleze vákuovej trubice okolo roku 1920.

Frekvenčný preklad amplitúdovej modulácie

Signál sa prenáša jeho vynásobením pomocným sínusovým signálom. Je to dané:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

Kde,

Am je konštanta amplitúdy

Fm je modulačná frekvencia

Fm = ω_m/2p

Spektrálny obrazec bude obojstranný obrazec amplitúdy. Pozostáva z dvoch čiar, z ktorých každá má amplitúdu Am/2, ako je znázornené nižšie:

Nachádza sa vo frekvenčnom rozsahu od f = fm do f = -fm.

Nech je pomocný sínusový signál Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Vynásobením dvojitého spektrálneho vzoru pomocným signálom dostaneme:

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

Vm(t). Vc(t) = A_mA_Ccosω_mt cosω_Ct

Teraz existujú štyri spektrálne zložky, ako je uvedené vyššie.

To znamená, že spektrálny obrazec má teraz dva sínusové priebehy s frekvenciou Fc + Fm a Fc - Fm. Amplitúda pred násobením bola Am/2. Zložky sa však po vynásobení zvýšili z dvoch na štyri.

Amplitúda bude teraz:

AmAc/4

prepínač c#

1 sínusová zložka = 2 spektrálne zložky

Amplitúda každej sínusovej zložky bude teda:

AmAc/2

Spektrálny obrazec po násobení je preložený v pozitívnom aj negatívnom frekvenčnom smere. Ak sa tieto štyri spektrálne vzory vynásobia, výsledkom bude 6 spektrálnych zložiek vo forme ôsmich sínusových priebehov.

Modulačný index

Modulačný index je definovaný ako pomer maximálnej hodnoty signálu správy a nosného signálu.

Je to dané:

Modulačný index = M/A

Kde,

M je amplitúda signálu správy

A je amplitúda nosného signálu

Alebo

Modulačný index = Am/Ac

Efektívnosť AM

Účinnosť amplitúdovej modulácie je definovaná ako pomer výkonu postranného pásma k celkovému výkonu.

Účinnosť = Ps/Pt

Celkový výkon je súčtom výkonu bočného pásma a výkonu nosnej frekvencie.

Pt = Ps + Pc

narodil sa Freddie Mercury

Účinnosť teda môžeme definovať aj ako:

Účinnosť = Ps/Ps + PC

Am signál vo frekvenčnej doméne môže byť reprezentovaný ako:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Kde,

m(t) je signál v základnom pásme

k je amplitúdová citlivosť

s(t) zachováva signál základného pásma I jeho obálku

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Prvý pojem je nosný pojem a druhý pojem je pojem postranného pásma.

Sila môže byť reprezentovaná ako:

Pre operátorský termín výkon =A_C²/2

Pre výraz postranného pásma je výkon =A_C²k²/2 x Pm

Pm je priemerný výkon signálu správy prítomného v postrannom pásme.

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

Účinnosť = k²Pm/1 + k²Popoludnie

Je to bežný výraz používaný na nájdenie energetickej účinnosti amplitúdovej modulácie.

Keďže v modulácii Double Sideband Suppress Carrier Modulation nie je žiadna nosná, jej účinnosť je 50 %. Účinnosť jednotónového modulovaného signálu v prípade sínusového priebehu je okolo 33 %. Maximálnu účinnosť 100% je možné dosiahnuť pomocou SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Výhody

Výhody amplitúdovej modulácie sú nasledovné:

• Amplitúdová modulácia pomáha signálu cestovať na veľké vzdialenosti zmenou amplitúdy signálu správy.
• Komponenty používané v AM prijímačoch a vysielačoch majú nízku cenu.
• AM signály sa dajú ľahko modulovať a demodulovať.
• Modulovaný signál má nižšiu frekvenciu ako nosné signály.
• Proces implementácie amplitúdovej modulácie je jednoduchý.
• Komunikačným kanálom používaným na prenos môže byť káblový kanál alebo bezdrôtový kanál. Spája vysielač s prijímačom. Tiež prenáša informácie z vysielača do prijímača.

Nevýhody

AM je široko používaná modulácia napriek jej rôznym nevýhodám. Nevýhody amplitúdovej modulácie sú nasledovné:

• Je náchylnejší na šum v dôsledku prítomnosti AM detektorov. Ovplyvňuje kvalitu signálu, ktorý sa dostáva do prijímača.
• Má postranné pásma na oboch stranách nosnej frekvencie. Výkon v dvojitých postranných pásmach nie je využitý na 100 %. Sila prenášaná AM vlnami je okolo 33%. Znamená to, že viac ako polovica výkonu na dvojstrane sa premrhá.
• AM vyžaduje veľkú šírku pásma, t. j. dvojnásobok zvukovej frekvencie.

Aplikácie amplitúdovej modulácie

Aplikácie amplitúdovej modulácie sú nasledovné:

Vysielanie
Amplitúdová modulácia zvyšuje frekvenciu signálu správy v dôsledku prítomnosti vysokofrekvenčného nosného signálu. Preto je vďaka tejto výhode široko používaný vo vysielaní.Pásmové rádiá
Amplitúdová modulácia sa používa v prenosných obojsmerných rádiách a pásmových rádiách na efektívnu komunikáciu.

Číselné príklady

Poďme diskutovať o príklade založenom na amplitúdovej modulácii.

Príklad: Nájdite celkový výkon amplitúdovo modulovaného signálu s nosným výkonom 400 W a modulačným indexom 0,8.

Riešenie : Vzorec na výpočet celkového výkonu amplitúdovo modulovaného signálu je daný:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Kde,

Pt je celkový výkon

PC je nosný výkon

M je modulovaný signál

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

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

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 wattov

Celkový výkon amplitúdovo modulovaného signálu je teda 528 wattov.

Príklad 2: Aká je maximálna účinnosť signálu modulácie jedného tónu?

Riešenie : Maximálna účinnosť signálu modulácie jedného tónu je 33%.

Účinnosť je daná vzorcom:
Účinnosť = u²/(2 + u²)

Pri maximálnej účinnosti je u = 1

Účinnosť = 1²/(2 + 1²)

Účinnosť = 1/3

Účinnosť % = 1/3 x 100

Účinnosť % = 100/3

Účinnosť % = 33,33

súbor c++