Угловая модуляция

Угловая модуляция — это класс модуляции несущей , который используется в телекоммуникаций системах передачи . Этот класс включает частотную модуляцию (FM) и фазовую модуляцию (PM) и основан на изменении частоты или фазы соответственно несущего сигнала для кодирования сигнала сообщения. Это контрастирует с изменением амплитуды несущей, которое практикуется при передаче с амплитудной модуляцией (АМ), самом раннем из основных методов модуляции, широко использовавшихся в раннем радиовещании.

Фундамент

В общем виде процесс аналоговой модуляции синусоидальной несущей волны можно описать следующим уравнением: ^[1]

m(t)=A(t)\cdot \cos(\omega t+\phi (t))\,

.

A(t) представляет собой изменяющуюся во времени амплитуду синусоидальной несущей волны, а косинусный член представляет собой несущую на ее угловой частоте. $\omega$ , а мгновенное отклонение фазы $\phi (t)$ . В этом описании непосредственно представлены две основные группы модуляции: амплитудная модуляция и угловая модуляция. При амплитудной модуляции угловой член остается постоянным, тогда как при угловой модуляции член A(t) является постоянным, а второй член уравнения имеет функциональную связь с модулирующим сигналом сообщения.

Функциональная форма косинусного члена, содержащая выражение мгновенной фазы $\omega t+\phi (t)$ в качестве аргумента обеспечивает различие двух типов угловой модуляции: частотной модуляции (ЧМ) и фазовой модуляции (ФМ). ^[2] В FM сигнал сообщения вызывает функциональное изменение мгновенной частоты . Эти изменения контролируются как частотой, так и амплитудой модулирующей волны. При фазовой модуляции мгновенное отклонение фазы $\phi (t)$ несущей контролируется модулирующим сигналом, так что основная частота остается постоянной.

Для угловой модуляции мгновенная частота несущей волны с угловой модуляцией определяется первой производной по времени мгновенной фазы:

\omega _{I}={\frac {d}{dt}}[\omega t+\phi (t)]=\omega +\phi '(t),

в котором $\phi '(t)$ может быть определен как мгновенное отклонение частоты, измеренное в рад/с.

Для частотной модуляции (ЧМ) модулирующий сигнал $s(t)$ линейно связана с мгновенной девиацией частоты, т.е. $\phi _{FM}'=K_{FM}s(t),$ что дает FM-модулированный сигнал как

$m_{FM}(t)=A\cos \left(\omega t+K_{FM}\int s(\tau )d\tau \right).$

Для фазовой модуляции (ФМ) модулирующий сигнал $s(t)$ линейно связана с мгновенным отклонением фазы, т.е. $\phi _{PM}(t)=K_{PM}s(t),$ что дает модулированный сигнал PM как

$m_{PM}(t)=A\cos \left(\omega t+K_{PM}s(t)\right).$

В принципе, модулирующий сигнал как при частотной, так и при фазовой модуляции может быть либо аналоговым, либо цифровым. Однако в целом при использовании цифровых сигналов для изменения несущей волны этот метод называется манипуляцией , а не модуляцией. ^[3] Таким образом, телекоммуникационные модемы используют частотную манипуляцию (FSK), фазовую манипуляцию (PSK) или амплитудно-фазовую манипуляцию (APK) или различные их комбинации. Кроме того, другой цифровой модуляцией является линейное кодирование , в котором используется несущая основной полосы , а не волна полосы пропускания .

Методы угловой модуляции могут обеспечить лучшую избирательность помех и шума, чем амплитудная модуляция. ^[2] Однако эти улучшения являются компромиссом с увеличением требований к пропускной способности.

Частотная модуляция

Частотная модуляция широко используется для FM-вещания радиопрограмм Эдвином и в значительной степени вытеснила для этой цели амплитудную модуляцию, начиная с 1930-х годов, с ее изобретением американским инженером Армстронгом в 1933 году. ^[4] FM также имеет множество других приложений, например, в двусторонней радиосвязи и в синтезе FM для музыкальных синтезаторов .

Фазовая модуляция

Фазовая модуляция важна в основных областях применения, включая сотовую и спутниковую связь, а также в методах передачи данных, например, в некоторых системах цифровых абонентских линий и Wi-Fi .

Сочетание фазовой модуляции с амплитудной модуляцией, осуществленное еще в 1874 году Томасом Эдисоном в квадруплексном телеграфе для передачи четырех сигналов, по два в обоих направлениях передачи, представляет собой метод полярной модуляции .

Ссылки

^ AT&T, Инженерия передачи телекоммуникаций , Том 1 - Принципы , 2-е издание, Центр технического образования Белла (1977)
^ Jump up to: ^а ^б Саймон Хейкин, «Системы связи» , John Wiley & Sons (2001), ISBN 0-471-17869-1 , с. 107
^ Уизем Д. Рив, Справочник по сигнализации и передаче абонентского шлейфа - цифровой , IEEE Press (1995), ISBN 0-7803-0440-3 , с. 5.
^ Армстронг, Э.Х. (май 1936 г.), «Метод уменьшения помех в радиосигналах с помощью системы частотной модуляции», Proc. ИРЭ , 24 (5): 689–740.

Дальнейшее чтение

Bell Telephone Laboratories, Системы передачи для связи , 5-е издание, Холмдел, Нью-Джерси, 1982, Глава 6 — Формирование сигнала , стр. 93.

[1] AT&T, Инженерия передачи телекоммуникаций , Том 1 - Принципы , 2-е издание, Центр технического образования Белла (1977)

[haykin-2] Jump up to: ^а ^б Саймон Хейкин, «Системы связи» , John Wiley & Sons (2001), ISBN 0-471-17869-1 , с. 107

[3] Уизем Д. Рив, Справочник по сигнализации и передаче абонентского шлейфа - цифровой , IEEE Press (1995), ISBN 0-7803-0440-3 , с. 5.

[4] Армстронг, Э.Х. (май 1936 г.), «Метод уменьшения помех в радиосигналах с помощью системы частотной модуляции», Proc. ИРЭ , 24 (5): 689–740.

[1]

[2]

[3]

[4]