Ж ерсеріктестік жүйелерде сигналдың қуат коэффициенті интерференцияның спектралды қуат тығыздығына (энергия тиімділігіне) байланысты: анализ көрсеткендей, ең ақпараттық және жиіліктік тиімділікті OM арқылы қол жеткізуге болады, бірақ энергия тиімділігі артықшылығы ИКМ-ФМн және кең жолақты модуляцияның басқа нысандарына беріледі.
Модуляция және кодтаудың басқа әдістерін пайдалану жиіліктің тиімділігін төмендете отырып, энергия тиімділігін арттыруға болады және керісінше.
Бақылау сұрақтары:
1) Бит дегеніміз не?
2) Хабарламалар көзінің ақпараттық сипаттамаларына атаңыз.
3) Энтропия дегеніміз не?
4) Байланыс каналының ақпараттық сипаттамаларына атаңыз.
5) Дискретті сигналдардың қандай көздерін білесіз?
6) Арнаның өткізу қабілеті дегеніміз не?
7) Ақпараттық жылдамдықта байланыс арнасының өткізу қабілеттілігін анықтау мүмкін бе?
8) Ақпараттық жылдамдық пен өткізу қабілеттілігі арасындағы байланыс.
5 А м п л и ту д алы қ м о д у л яц и ял ан ған (AM ) си гн алд ар д ы қ а л ы п т а с ты р у ж әне детектрлеу
тасымалдаушы үшін спектр тасымалдаушының жиілігіне жақын аймаққа ауысады. Бұл жағдай радиобайланыста және көпканалды байланыс жүйесінде тек модуляцияланған сигналдарды қолдануға әкеп соқты.
Қазіргі уақытта коммуникациялық жүйелерде модуляцияның әртүрлі типтері пайдаланылады, белгілі бір түрді таңдау бөгеуілге тұрақтылық талаптарымен анықталады.
Модуляцияның түрлері:
- аналогты (амплитудалық);
- дискреттік;
- импульстық.
Яғни
U(t) = U0 cos(w 0 t + ^о).
^ 0 \
AМ ЖМ ФМ
Амплитудалық модуляция (amplitude modulation, AM) тәжірибеде жасалынған бірінші модуляция түрі болып саналды. Қазіргі уақытта АМ негізінен салыстырмалы түрде төмен жиіліктерде (қысқа толқындардан жоғары емес) және телевизиялық хабарларда бейнелеу мақсатында ғана қолданылады. Бұл модуляцияланған сигналдардың энергиясын пайдаланудың төмен тиімділігіне байланысты.
а — модуляцияланатын сигналдың уақыттық диаграммасы;
б — амплитудалық модуляцияланған сигналдық уақыттық диаграммасы;
в, г,д,е — спектралдық (жиіліктік) және векторлық диаграммалары.
5.1 сурет - Модуляцияланатын және модуляцияланған сигналадардың уақыттық, спектралдық және векторлық диаграммалары
Осылайша, амплитудалық модуляция кезіндегі тасымалдаушының амплитудасы (жоғары жиілікті) модуляциялаушы сигналдың (төмен жиілікті) лездік мәндеріне пропорционалды өзгереді. 5.1 суретте модуляцияланатын
және модуляцияланған сигналадардың уақыттық, спектралдық және векторлық диаграммалары көрсетілген.
Модуляция коэффициенті - АМ сигналының амплитудасының максималды және минималды мәндерінің сол шамалардың қосындысына (пайызбен көрсетілген) қатынасы:
А ■Amin АА Атах+Атіп А0
^тах ^тіп (5.1)
яғни, модуляция коэффициенті амплитуданың максималды өсуінің мәні мен тасушы амплитудасының қатынасына тең. Гармоникалық тербелістің ^ жиілігі кезінде АМ сигналының спектрі 5.2-суретте көрсетілген.
а) модуляцияланған сигнал; б) терең модуляция.
5.2 сурет - Гармоникалық тербелістің ^ жиілігі АМ сигналының спектрі Жиілік Q гармоникалық тербелісімен модуляцияланған кезде AM- сигнал спектрі.
5.3 сурет күрделі модуляциялы сигналы бар спектрді көрсетеді.
5.3 сурет - Күрделі модуляциялы сигнал спектрі
Модуляцияланған АМ сигналының спектрінде жоғары және төменгі бүйір тербелістер топтары бар, олар жоғарғы бүйіржолағы (ЖБЖ) және АМ сигналының төменгі бүйірлік жолағын (ТБЖ) құрайды.
АМ сигналының спектрінің ені төмен жиілікті модуляция сигналының спектрінің жиілігінің жиілігінен екі есе тең:
AfAM = 2Ңп ,
Fm - төменгі жиілікті сигналдың жоғарғы жиілігі.
Қуатты тиімді пайдалану үшін сигналды АМ спектрі тасымалдаушы спектрінен ажыратылады және балансты модуляция (БМ) іске асырылады, тек екі жиіліктегі жиілік жолақтары беріледі.
Егер бүйірлік белдеулердің біреуі спектрден алынса, бір жолақты модуляция (БЖМ) немесе (ББЖ) немесе SSB (single side Ь а ^ ) алынатын болады.
БЖМ сигналдардың жиілік бөлуімен көп арналы байланыста кеңінен қолданылады.
Фазалық модуляцияда модуляцияланған сигнал фазасының ауытқуы (ауысымы) модуляцияланатын сигналдың лездік мәндеріне қарай өзгереді:
■ф(t ) = mt + j o + A<pUm (t), (5.2) мұндағы Аф- пропорционалдық коэффициентік немесе фаза девиациясы, радианмен өлшенеді;
U (t)m w - модулияциялаушы сигналдың лездік мәні.•
Жиілік модуляциясымен модуляцияланған сигнал жиілігінің ауытқуы модуляциялаушысигналдың лездік мәніне пропорционалды өзгереді:
m (t ) = т + A y U m (t), (5.3)
мұндағы Ат_Ат « ^ш артты орындауғы тиісті, девиация жиілігі жүздеген МГц-ке дейін барады, қажетті шарт: Am << т.
Модуляция индексі m ұғымымен сипатталады:
- ФМ кезінде модуляция индексі гармоникалық модуляцияаушы сигналмен модуляцияланғансигнал фазасының девиациясына тең:
mфм = Лф;
- ЖМ кезінде модуляция индексі модуляцияланған сигнал жиілігінің девиация коэффициентінің модуляциялық гармоникалық сигнал жиілігіне қатынасына тең, яғни
mMM = Лт / Q = Л//Ғ. (5.4)
Демек, жиіліктік модуляция индексі радианмен өлшенетін амплитудалық ауытқу болып табылады.
Жалпы алғанда, ФМ және ЖМ гармоникалық тасымалдаушының бұрыштық модуляциясының түрлері болып табылады,ФМ мен ЖМ уақыттық диаграммасы бірдей болып келеді (5.4 сурет).
0.5 0.4 . 0.3 Ampl
? 0.2 0.l 0
Phase*»
2 ¥ '
л I I
(а) (б)
а) ФМ тербелісіндегі AЖ спектрінің графигі;
б) ФМ тербелісіндегі ФЖ спектрінің графигі.
5.4 сурет - Бұрыштық модуляция кезіндегі сигналдар спектрі Бессель функцияларының графигінен алынған тұжырымдама: Бессель функциясының тәртібі неғұрлым көбірек болса, соғұрлым оның үлкен айнамалылары кезінде ең жоғары мән байқалады, бірақ функциялардың мәндері төмендейді, демек, құрушы спектрлер де аз және олар назардан тыс қалуы мүмкін.
Іс жүзінде m+1 (деңгейлері тасымалдаушының деңгейінен 5% аз) санынан жоғары барлық спектр құраушыларын ескермеуіміз мүмкін делінеді, яғни бұрыштық модуляцияланған сигналдың спектр ені:
Af+i,di = 2 ( т + 1)Ғт , (5.5)
мұндағы Fm - модуляциялаушы сигналдың максималды ж иілігі.
Егер m<<0,6 болса, бұрыштық модуляция тар жолақты деп саналады және ені амплитудалық модуляция спектрінің енімен салыстырылады.
m>>1 үшін бұрыштық модуляция кең жолақты және оның өткізу жолағының жиілігі ауытқуынан (девиациясынан) екі есеге тең.
5.5 сурет -Модулияцияланған ЖМ-ның уақыттық диаграммасы Бұрыштық модуляцияланған сигналдарды (5.5 сурет) гармоникалық тербелістердің жиынтығы ретінде қарастыруға болады, яғни спектр күрделі түрде болып келеді, жоғарғы және төменгі бүйірлік жиіліктердің саны шексіз, бүйір гармоникалық тербелістер ® қатысты симметриялы түрде ^ қашықтықта орналасқан , толығырақ спектралдық қүрылымын білу үшін Бессель функциясына жүгінеміз.
Кең жолақты бұрыпітык модуляция амплитудалық модуляцияға қарағанда бөгеуілге тұрақты, сондықтан жоғары сапалы хабарлар үшін байланыс жүйелерінде кеңінен қолданылады.
Г армоникалық тасымалдаушының дискретті модуляциясы манипуляция деп аталады (бұл модуляциялық сигнал дискретті сигнал болғанда гармоникалық тасымалдаушыны модуляциялаудың жартылай жағдайы).
Бастапқы сигналды гармоникалық тасымалдаушы параметерлерімен басқару арқылы амплитудалық АМ, жиілігі ЖМ және манипуляцияның ФМ фазасын алуға болады. Әртүрлі манипуляциялардың уақыттық диагаммалары 5.6-суретте келтірілген.
AM кезінде «жіберу» кезінде бастапқы сигнал тасымалдағыш тербеліске сәйкес келеді, ал «үзіліс» тербелістің болмауына сәйкес келеді.
ЖМ жағдайында, жіберу мен үзіліс әртүрлі, әдетте бұл жиіліктер сигналдардың спектрі қабаттасу үшін жеткілікті аз болуы үшін таңдалады.
ФМ арқылы фазаның ауытқуы p/2-ге тең болады, себебі бұл жағдайда қарама-қарсы болып табылатын сигналдар арасындағы ең үлкен айырмашылық қарастырылған, сондықтан ФМ жағдайында тасымалдағыш фазасы жіберуден үзіліске дейін және керісінше ауысқанда 180 ° өзгереді.
Қазіргі уақытта, ФМ-пен бірге, СФМ-дің салыстырмалы фазалық манипуляциясы 1953 жылы ұсынылған кеңінен қолданылады, СФМ-де тасымалдағыш тербелісі фазасы 1 жіберілген кезде 180 ° -ге ауысып, 0 символы жіберілген кезде өзгермейді. СФМ әдісі ЖМ-мен салыстырғанда екі еселік қуат табысын береді.
Манипуляцияланған сигналдарды беру үшін арналған байланыс арнасының сипаттамаларын есептеу үшін әдетте спектрдің дәл құрылымын білу қажет емес, спектрдің енін білсек жеткілікті.
Модуляция түрі
АМн ЖМн ФМн ОФМн
Спектр ені 2B 2(B + Af) 2B 2B
М ұнда B - модуляция жылдамдығы, Бод;
A f • •
J - жиілік девиациясы, Гц.
5.6 сурет -Модуляция түрлерінің уақыттық диаграммасы
Импульсты модуляция кезінде тасымалдаушы тербеліс тікбұрышты импульстық периодталған тербелістер жиынын көрсетеді. Импульстық модуляцияның келесі түрлері бар(5.7 сурет):
- АИМ мплитудаллы-импульстық;
- Ж И М жиіліктік-импульстық;
- ФИМ фазалық-импульстық;
- ЕИМ ендік импульстық.
тасьшалдауші
I I І П
H i
iI - mo [ГгТтғптғшя үніы
I ^|L |j
1 i ---
! I
i ,
I ■
> * t
Iij АИМ
i
Ы
1 11П__ □
и ш м
1i
ilІ !
■
ФИМ(ЧИМ) i
“ I ! I-
1 i5.7 сурет-Импульсті модуляцияның типтері.
Модуляцияның импульсті түрлері үшін (Ш ИМ-нен басқа) спектр ені модуляция түрі мен сигналдың сипаттамаларына тәуелді болмайды, ол тасушы импульстің ұзақтығымен анықталады және тасушының импульс ұзақтығына кері пропорционалды. Ш ИМ үшін ең аз импульстің спектр ені үлкен болатындықтан, оны модулденген импульстердің минималды ұзақтық формуласына салуымыз қажет.
Импульстік модуляцияланған сигналдарды жоғары жиілікті байланыс желілерінен өткізу мүмкін емес, өйткені бұл сигналдар спектрінде төмен жиілікті құраушылар бар. Спектрді жоғарғы жиілікті аймаққа ауыстыру үшін екінші реттік модуляция деп аталатын қайта модуляциялау жүзеге асырылады: модулденген импульстер арқылы жоғарғы жиілікті гармоникалық тасушы қайтадан модулденеді. Екіншілік модуляциялаудың
10-нан астам түрін алуымызға болады, бөгеуілге тұрақтылығы жағынан g = T/t и = 10 кезіндегі импульстерде ФИМ-АМ қолданған жөн.
Детектрлеу - бұл модуляция үрдісін қалпына келтіретін процесс, яғни детектрлеу - төменгі жиіліктің немесе тұрақты токтың тербелуінің нәтижесінде электрлік тербелістерді түрлендіру. Ол дыбыстық жиілікті бөліп алу үшін радиоқабылдағыш құрылғыларда, кескінді сигналды телевидениеде және т.б. қолданылады. Детектрлеу кезінде модулденген сигналдың қандай заң бойынша өзгеретіні анықталады.
5.8 сурет - Модуляцияланған және детектрленген сигнал