====== Теория радиоволн: аналоговая модуляция ====== * [[hardware:radio-wave-theory-basics|Теория радиоволн: ликбез]] * [[hardware:radio-wave-theory-antenna|Теория радиоволн: антенны]] Источник - http://habrahabr.ru/post/158493/ {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-1.jpg|}} В рамках этой статьи, будет рассмотрена аналоговая модуляция следующих видов: * Амплитудная модуляция * Амплитудная модуляция c одной боковой полосой * Частотная модуляция * Линейно-частотная модуляция * Фазовая модуляция * Дифференциально-фазовая модуляция ===== Амплитудная модуляция ===== При амплитудной модуляции, огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом передаваемого сообщения. Частота и фаза несущего колебания при этом не меняется. {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-2.jpg|}} Одним из основных параметров АМ, является коэфициент модуляции(M).\\ Коэффициент модуляции — это отношение разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд модулированного сигнала к сумме этих значений(%).\\ Проще говоря, этот коэффициент показывает, насколько сильно значение амплитуда несущего колебания в данный момент отклоняется от среднего значения.\\ При коэффициенте модуляции больше 1, возникает эффект перемодуляции, в результате чего происходит искажение сигнала. **Спектр АМ** {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-3.jpg|}} Данный спектр свойственен для модулирующего колебания постоянной частоты. На графике, по оси Х представлена частота, по оси У — амплитуда.\\ Для АМ, кроме амплитуды основной частоты, находящейся в центре, представлены также значения амплитуд справа и слева от частоты несущей. Это так называемые левая и правая боковые полосы. Они отнесены от частоты несущей на расстояние равное частоте модуляции. Расстояние от левой до правой боковой полосы называют **ширина спектра**. В нормальном случае, при коэффициенте модуляции <=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.\\ Полезная информация заключена только в верхней или нижней боковых полосах спектра. Основная спектральная составляющая — несущая, не несет полезной информации. Мощность передатчика при амплитудной модуляции в большей части расходуется на «обогрев воздуха», за счет не информативности самого основного элемента спектра. ===== Амплитудная модуляция с одной боковой полосой ===== В связи с неэффективностью классической амплитудной модуляции, была придумана амплитудная модуляция с одной боковой полосой.\\ Суть ее заключается в удалении из спектра несущей и одной из боковых полос, при этом вся необходимая информация передается по оставшейся боковой полосе. {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-4.jpg|}} Но в чистом виде в бытовом радиовещании этот вид не прижился, т.к. в приемнике нужно синтезировать несущую с очень высокой точностью. Используется в аппаратуре уплотнения и любительском радио.\\ В радиовещании чаще используют АМ с одной боковой полосой и частично подавленной несущей: {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-5.jpg|}} При такой модуляции соотношение качество/эффективность наилучшим образом достигается. ===== Частотная модуляция ===== Вид аналоговой модуляции, при которой, частота несущей изменяется по закону модулирующего низкочастотного сигнала. Амплитуда при этом остается постоянной. {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-6.jpg|}} а) — несущая частота, б) модулирующий сигнал, в) результат модуляции Наибольшее отклонение частоты от среднего значения, называется **девиацией**.\\ В идеальном варианте, девиация должна быть прямо пропорционально амплитуде модулирующего колебания. Спектр при частотной модуляции выглядит следующим образом: {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-7.jpg|}} Состоит из несущей и симметрично отстающей от нее вправо и влево гармоник боковых полос, на частоту кратную частоте модулирующего колебания.\\ Данный спектр представляет гармоническое колебание. В случае реальной модуляции, спектр имеет более сложные очертания. Различают широкополосную и узкополосную ЧМ модуляцию.\\ В широкополосной — спектр частот, значительно превосходит частоту модулирующего сигнала. Применяется в ЧМ радиовещании.\\ В радиостанциях применяют в основном узкополосную ЧМ модуляцию, требующую более точной настройки приемника и соответственно более защищенную от помех. Спектры широкополосной и узкополосной ЧМ представлены ниже {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-8.jpg|}} Спектр узкополосной ЧМ напоминает амплитудную модуляцию, но если учесть фазу боковых полос, то окажется, что эти волны имеют постоянную амплитуду и переменную частоту, а не постоянную частоту и переменную амплитуду (AM). При широкополосной ЧМ амплитуда несущей может быть очень малой, что обусловливает высокую эффективность ЧМ; это значит, что большая часть передаваемой энергии содержится в боковых частотах, несущих информацию. Основные преимущества ЧМ, перед АМ — энергоэффективность и помехоустойчивость. Как разновидность ЧМ, выделяют Линейно-частотную модуляцию.\\ Суть ее заключается в том, что частота несущего сигнала изменяется по линейному закону. {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-9.jpg|}} {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-10.jpg|}} Практическая значимость линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов заключается в возможности существенного сжатия сигнала при приеме с увеличением его амплитуды над уровнем помех.\\ ЛЧМ находят применение в радиолокации. ===== Фазовая модуляция ===== В реальности, больше применяют термин фазовая манипуляция, т.к. в основном производят модуляцию дискретных сигналов.\\ Смысл ФМ таков, что фаза несущей, изменяется скачкообразно, при приходе очередного дискретного сигнала, отличного от предыдущего. {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-11.jpg|}} Из спектра можно видеть, почти полное отсутствие несущей, что указывают на высокую энергоэффективность.\\ Недостаток данной модуляции в том, что ошибка в одном символе, может привести к некорректному приему всех последующих. ===== Дифференциально-фазовая манипуляция ===== В случае этой модуляции, фаза меняется не при каждом изменении значения модулирующего импульса, а при изменении разности. В данном примере при приходе каждой «1». {{:hardware:radio-wave-theory-analog-modulation-12.jpg|}} Преимущество этого вида модуляции в том, что в случае возникновения случайной ошибки в одном символе, это не влечет дальнейшую цепочку ошибок. Стоит отметить, что существуют также фазовые манипуляции такие как квадратурная, где используется изменение фазы в пределах 90 градусов и ФМ более высоких порядков, но их рассмотрение выходит за рамки данной статьи. PS: хочу еще раз отметить, что цель статей не заменить учебник, а рассказать «на пальцах» об основах радио.\\ Рассмотрены лишь основные виды модуляций для создания у читателя представления о теме.