Сущность процесса модуляции в коммуникациях

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сущность процесса модуляции в коммуникациях

В телекоммуникациях, модуляция - это процесс изменения периодической формы, т.е. сигнала, цель которого - передача сообщения, также как и музыкант может моделировать звук музыкального инструмента изменяя его громкость, длительность и интонацию. Обычно высокочастотный синусоидальный сигнал используется как несущий сигнал. Три ключевых параметра синусоидального сигнала - это амплитуда (громкость), фаза (длительность) и частота (интонация), все из которых могут быть изменены в соответствии с низкочастотным информационным сигналом для получения модулированного сигнала.

Устройство, выполняющее модуляцию, называют модулятором и устройство, выполняющиее демодуляцию, называют демодулятором (иногда детектором или демодом). Устройство, которое может выполнять обе операции называется модемом (сокращение этих двух терминов).

Цель цифровой модуляции - это передача цифрового потока бит через аналоговый канал, к примеру через общую коммутируемую телефонную сеть (где фильтр огранивает частоту диапазона от 300 до 3400 Гц) или ограниченный радиочастотный диапазон.

Цель аналоговой модуляции - это передача аналогового низкочастотного сигнала, к примеру, аудиосигнала и ТВ-сигнала, через аналоговый канал, к примеру, ограниченный радиочастотный диапазон или сеть кабельного ТВ.

Аналоговая и цифровая модуляция облегчает мультиплексирование с частотным разделением каналов, где несколько низкочастотных сигналов передаются одновременно через общую физическую среду, используя отдельных низкочастотных каналов.

Цепь цифровых методов групповой модуляции, также известных как линейное кодирование - это передача цифрового потока бит через низкочастотный канал, как правило, по медным кабелям, таким, как последовательная шина или кабели локальных сетей.

Цепь импульсных методов модуляции - это передача узкополосного аналогового сигнала, к примеру, телефонного вызова, через широкополосный низкочатотный канал.

Методы аналоговой модуляции

В аналоговой модуляции, модуляция применяется постоянно в ответ на аналоговый информационный сигнал.

Общие аналоговые методы модуляции:

a. Угловая модуляция

1. Фазовая модуляция (ФМ)

2. Частотная модуляция (ЧМ)

b. Амплитудная модуляция

1. Двухполосовая модуляция с неподавленной несущей (используется на радио АМ приёмниках)

2. Двухполосная передача данных с подавленной несущей

3. Двухполосная передача данных с частично подавленной несущей

4. Однополосная модуляция, очень похожа на однополосную модуляцию с подавленной несущей

5. Модуляция сигнала с частично подавленной боковой полосой

6. Квадратурная амплитудная модуляция

Методы цифровой модуляции

В цифровой модуляции аналоговый несущий сигнал модулируется цифровым потоком бит. Это можно охарактеризовать как форму аналого-цифрового преобразования. Изменения в несущем сигнале выбираются для определённого числа альтернативных символов (модуляционный алфавит).

Основные цифровые модуляции представлены ниже:

1. В отношении фазовой манипуляции (ФМ) - это конечное число фазовых изменений

2. В отношении частотной манипуляции (ЧМ) - это конечное число частотных изменений

3. В отношении амплитудной манипуляции (АМ) - это конечное число амплитудных изменений

4. В отношении квадратурной амплитудной манипуляции - это инфазный сигнал (I сигнал, к примеру косинусообразной формы) и квадратурный сигнал фазовый сигнал (P сигнал, к примеру синусообразной формы) амплитудно модулированный с конечным числом амплитудных колебаний. Это можно увидеть в двухканальных системах. Полученный сигнал - это комбинация фазовой и амплитудной манипуляций с конечным числом как минимум двух фазовых и двух амплитудных колебаний.

Каждой из фаз, частот и амплитуд присваивается уникальная последовательность бинарных бит. Обычно, каждая фаза, частота и амплитуда кодируется одинаковым количеством бит.

Если кодовое слово состоит из M=2N альтернативных символов, то каждый символ представляет собой сообщение состоящее из N бит. Если символьная передача измеряется в символ/сек , то передача данных измеряется в бит/с. К примеру, с алфавитом состоящим из 16 альтернативных символов, каждый символ представляет собой 4 бита.

В отношении ФМ, АМ и КАМ, алфавит модуляции часто удобно представлять на звёздной диаграмме, показывающей амплитуду I сигнала на оси X, и амплитуду Q сигнала на оси Y, для каждого символа.

ФМ и АМ и иногда также ЧМ, могут быть сформированы и обнаружены с использованием принципа КАМ. I и Q сигналы могут быть объединены в общий полезный сигнал называемым эквивалентным низкочастотным сигналом или эквивалентным модулирующим сигналом. Это представление полезного модулируемого сигнала (также называемого широкополосным сигналом или радиочастотным сигналом).

Эти основные шаги используются модулятором для передачи данных:

1. Группирование входящих данных в цифровые слова

2. Запись кодовых слов, к примеру амплитуд I и Q сигналов (эквивалентных низкочастотному сигналу) или частот или фаз.

3. Настройка формирования импульсов или некоторых фильтров для ограничения полосы пропускания и формирования спектра типично используемого для обработки данных цифровой связи.

4. Цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) сигналов Q и I (до сегодняшнего времени все из вышеперечисленных сигналов используют цифровую обработку). Иногда следующий шаг также требует использования цифровой обработки сигнала, а только потом цифро-аналогового преобразования.

5. Модулирование высокочастотных несущих сигналов, в результате чего низкочастотный сигнал переходит в модулированный высокочастотный сигнал или радиочастотный сигнал.

6. Усиление и аналоговую полосовую фильтрацию для того, чтобы избежать гармонического искажения и периодического спектра.

В приёмнике демодулятор обычно выполняет:

1. полосовую фильтрацию

2. автоматическую регулировку усиления (компенсация затухания)

3. смещение частоты немодулированных I и Q сигналов или промежуточной частоты (ПЧ)

4. выборка и аналого-цифровое преобразование

5. компенсационная фильтрация

6. определение амплитуд I и Q сигналов или частоты и фазы попадающих в ПЧ

7. квантование по уровню амплитуды, частоты или фазы в ближайшие допустимые значения с использованием таблиц.

8. таблицы квантования амплитуд, частот и фаз в кодовые слова

9. преобразование параллельного кода в последовательный

10. передача полученных битовых потоков для дальнейших преобразований таких как устранение некоторых ошибочных кодов.

Общей для всех цифровых коммуникационных систем должна являться одновременная разработка модулятора и демодулятора. Цифровые схемы модуляции возможны, так как приемо-передающей паре заранее известно как кодируется и представляется информация коммуникационной системе. Во всех коммуникационных системах модулятор как передатчик а демодулятор как приемник устроены так, что оба могут выполнять обратные операции.

Наиболее распространенные методы цифровой модуляции:

1. Фазовая манипуляция (ФМ)

2. Частотная манипуляция (ЧМ)

3. Амплитудная манипуляция (АМ)

4. Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) - комбинация ФМ и АМ

5. Непрерывная фазовая модуляция (НФМ)

- Манипуляция с минимальным фазовым сдвигом

- Гауссовая манипуляция с минимальным частотным сдвигом

6. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов, также известна как дискретная многотональная модуляция

7. Вейвлет модуляция

8. Модуляция решетчатым кодом, также известна как решетчатая модуляция

Манипуляция с минимальным фазовым сдвигом и гауссовая манипуляция с минимальным частотным сдвигом в отдельных случаях называются непрерывной фазовой модуляцией.

Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов( ортогональное мультиплексирование деления частоты)-основано на идеи модуляции с частотным разделением, но используется как цифровая схема модуляции. Поток битовых(двоичных) сигналов раздроблен на несколько параллельных потоков данных, каждый из которых передается по его собственной вспомогательной несущей, используя определенную, традиционную цифровую схему модуляции. Из вспомогательных несущих образуются символы ортогональных мультиплексированных делений частот. Ортогональное мультиплексирование делений частот рассматривают как технику модуляции, а не мультиплексную технику, так как ортогональное мультиплексное деление частот передает один поток двоичных сигналов по одному каналу коммуникации, используя одну последовательность так называемых ортогональных мультиплексированных символов. Ортогональное мультиплексирование деления частоты может быть расширено для метода многоканального доступа в ортогональное разделения частоты многократного доступа и схемы МГц ортогонального мультиплексированного деления частоты, позволяя различным абонентам разделять туже самую фазовую среду, путем предоставления различных подсистем для различных пользователей.

сигнал модуляция цифровая коммуникационная система

Понятие цифровой групповой модуляции является синонимом линейного кода, который методами передачи цифрового потока бит через аналоговый низкочастотный канал использует дискретное количество сигнальных уровней, посредством модулирования последовательности импульсов (прямоугольная волна вместо синусоидальной). Общий пример - это униполярный код, двоичное кодирование без возврата к нулю, Манчестерский и код с чередованием полярности битовых элементов.

Методы импульсной модуляции

Цель схемы импульсной модуляции передача аналогового низкочастотного сигнала через аналоговый низкочастотный канал как двухуровневого дискретизированного сигнала при помощи модулирования импульсной последовательности. Некоторый импульсные схемы модуляции также позволяют передавать аналоговый низкочастотный сигнал, как цифровой сигнал (т.е. как дискретный по времени сигнал) с фиксированным уровнем бит, который может быть передан через базовую цифровую систему передачи, к примеру некоторый линейный код. Они не являются схемами модуляции в прямом смысле, т.к. они являются методом кодирования каналов, но должны быть рассмотрены как метод кодирования источника и в некоторых случаях аналого-цифрового преобразования.

Размещено на Allbest