Модуляция и демодуляция сигналов

Модуляция - это образование сигнала путем изменения параметров переносчика информации под воздействием сообщения. В качестве переносчиков информации в измерительной технике используют гармонические колебания или периодическую последовательность импульсов. В несущем гармоническом сигнале f(t) = u₀ cos(w₀t + y), могут модулироваться три параметра: амплитуда - u₀, частота w₀ и фаза y. В зависимости от изменяемого параметра переносчика различают амплитудную,частотную и фазовую модуляции синусоидального сигнала.

Амплитудная модуляция (АМ). Это – это образование сигнала путем изменения амплитуды гармонического колебания (переносчика) пропорционально мгновенным значениям напряжения или тока другого электрического сигнала (сообщения). Модулирующий сигнал может быть либо детерминированным, либо случайным, но всегда наивысшая частота его спектра W_макс должна быть меньше частоты несущего сигнала w_0.

Амплитудо-модулированный сигнал u_AM(t) состоит из основного колебания несущей(u₀ cosw₀t) и двух колебаний, отличающихся от переносчика на частоту сообщения W. Основное колебание сохраняет частоту и амплитуду переносчика в процессе модуляции. Второй член в этом уравнении представляет собой синусоиду, с амплитудой 1/2 mu₀ и повышенной частотой (w₀ + W), и называется верхней боковой составляющей. Третий член в этом уравнении есть также синусоида с амплитудой 1/2 mu₀ и пониженной частотой (w₀ - W), которая называется нижней боковой составляющей. На рисунке 1.12 изображена полоса частот АМ сигнала.

DF_АМ = (w₀ + W) - (w₀ - W) = 2W.

Рис. 1.12. Амплитудные спектральные диаграммы модулирующего и АМ сигналов

Частотная модуляции (ЧМ). При ЧМ частота синусоидального колебания (переносчика) изменяется по закону изменения передаваемого сигнала, при этом его амплитуда не меняется. Выражение для частотно-модулированного сигнала запишется как

(1.2)

где u₀ – амплитуда; w₀ - частота несущего колебания; Dw - максимальное отклонение частоты от w₀ (это отклонение пропорционально амплитуде модулированного сигнала).

Фазовая модуляция (ФМ). При ФМ передаваемое сообщение изменяет значение фазы переносчика. Таким образом, фаза несущей изменяется прямо пропорционально мгновенным значениям тока или напряжения модулирующего сигнала. Запишем выражение сигнала при фазовой модуляции:

(1.3)

где K_Ф= Dj - максимальный сдвиг по фазе или девиация фазы.

Фазовая модуляция аналогична частотной, и отличаются они друг от друга лишь методами их осуществления.

Двукратные виды модуляции. Они обладают рядом достоинств, в том числе позволяют повысить помехоустойчивость передачи сообщения. При модуляции типа

АМ – ЧМ сначала сообщением модулируется по амплитуде первый переносчик, который называется в данном случае поднесущей. Далее амплитудно-модулированный сигнал модулирует второй переносчик, или несущую, в результате чего имеем сигнал, модулированный по частоте.

Иногда применяется модуляция ЧМ – АМ, при которой помехоустойчивость обеспечивается ЧМ, а экономия полосы частот АМ. При этом поднесущая модулируется по частоте, а затем частотно-модулированный сигнал модулирует несущую по амплитуде. По такому же принципу осуществляется модуляция типа ЧМ – ЧМ.