Ich warne Sie gleich: Es wird einfach nicht funktionieren. Modulation ist eine zu komplizierte Sache.

Um zu verstehen, was Modulation ist, müssen Sie wissen, was Frequenz ist. Beginnen wir also damit.
Nehmen wir zum Beispiel eine Schaukel: Die Schwungfrequenz einer Schaukel ist die Anzahl der vollständigen Schwingungen, Schwünge pro Sekunde.
Vollständig bedeutet dies, dass eine Schwingung die Bewegung der Schaukel von der äußersten linken Position nach unten durch die Mitte bis zum maximalen Niveau auf der rechten Seite und dann erneut durch die Mitte bis zum gleichen Niveau auf der linken Seite ist.
Ein gewöhnlicher Hofschwung hat eine Frequenz von etwa 0,5 Hertz, was bedeutet, dass er in 2 Sekunden einen vollständigen Schwung ausführt.
Lautsprecher Lautsprecher schwingt viel schneller und reproduziert den Ton „A“ der ersten Oktave (440 Hertz), es macht 440 Schwingungen pro Sekunde.
In elektrischen Schaltkreisen sind Schwingungen ein Spannungshub von einem maximalen positiven Wert nach unten über die Nullspannung bis zu einem maximalen negativen Wert, nach oben und wieder über Null bis zu einem maximalen positiven Wert. Oder von der maximalen Spannung über einen bestimmten Durchschnitt bis zum Minimum, dann wieder über den Durchschnitt und wieder bis zum Maximum.
Auf einem Diagramm (oder Oszilloskopbildschirm) sieht es so aus:

Die Frequenz der Spannungsschwingungen am Ausgang eines Radiosenders, der einen Träger auf Kanal 18 des Netzes C in Europa aussendet, beträgt 27.175.000 Schwingungen pro Sekunde oder 27 Megahertz und 175 Kilohertz (Mega – Million; Kilo – Tausend).

Um die Modulation sichtbar zu machen, erfinden wir zwei bestimmte Signale, eines mit einer Frequenz von 1000 Hz, das zweite mit einer Frequenz von 3000 Hz, grafisch sehen sie so aus:

Sehen wir uns an, wie diese Signale in den Diagrammen links dargestellt werden. Dabei handelt es sich um Frequenz- und Pegeldiagramme. Je höher die Frequenz des Signals, desto weiter rechts wird das Signal in einem solchen Diagramm angezeigt; je höher sein Pegel (Leistung), desto höher ist die Linie dieses Signals in dem Diagramm.

Stellen Sie sich nun vor, wir hätten diese beiden Signale addiert, d. h. in fertiger Form ist unser fiktives Testsignal die Summe zweier Signale. Wie hast du es zusammengestellt? Es ist ganz einfach: Wir stellten ein Mikrofon auf und setzten zwei Personen davor: einen Mann, der mit einer Frequenz von 1000 Hz schrie, und eine Frau, die mit 3000 Hz kreischte. Am Mikrofonausgang erhielten wir unser Testsignal, das so aussieht :

Und genau dieses Testsignal werden wir in den Mikrofoneingang unseres fiktiven Senders „einspeisen“ und untersuchen, was am Ausgang (an der Antenne) entsteht und wie sich das alles auf die Verständlichkeit und Reichweite der Kommunikation auswirkt.

Über Modulation im Allgemeinen

Das modulierte Trägersignal am Ausgang eines beliebigen Senders erhält man in jedem Fall (mit beliebiger Modulation) durch Addition oder Multiplikation des Trägersignals mit dem zu übertragenden Signal, beispielsweise dem Signal vom Ausgang eines Mikrofons. Der einzige Unterschied zwischen Modulationen besteht darin, was multipliziert, was addiert wird und in welchem ​​Teil der Senderschaltung dies geschieht.
Beim Empfang kommt es darauf an, aus dem empfangenen Signal herauszufinden, womit das Signal moduliert wurde, es zu verstärken und verständlich (hörbar, sichtbar) zu machen.

Amplitudenmodulation – AM (AM, Amplitudenmodulation)

Wie Sie sehen können, verändert sich bei der Amplitudenmodulation der Spannungspegel der Schwingung Hochfrequenz(Träger) hängt direkt von der vom Mikrofon kommenden Spannung ab.
Die Spannung am Mikrofonausgang steigt, und auch die Trägerspannung am Senderausgang steigt, d. h. mehr Leistung am Ausgang, weniger Spannung vom Mikrofon, weniger Spannung am Ausgang. Wenn die Spannung am Mikrofonausgang eine bestimmte zentrale Position erreicht, strahlt der Sender eine bestimmte zentrale Leistung ab (bei AM-Modulation bei 100 % und Stille vor dem Mikrofon bei 50 % Leistung).
Die AM-Modulationstiefe ist der Grad des Einflusses des Signals vom Mikrofon auf den Ausgangsleistungspegel des Senders. Wenn das Wackeln 30 % beträgt, reduziert der stärkste negative Spannungsimpuls vom Mikrofon den Ausgangsträgerpegel um 30 % der maximalen Leistung.
Und so sieht das Spektrum eines Signals mit AM-Modulation aus (Verteilung seiner Komponenten nach Frequenz):

In der Mitte, bei einer Frequenz von 27175000 Hz, haben wir den Träger, und tiefer und höher in der Frequenz liegen die „Seitenbänder“, also die Summe des Trägersignals und der Audiofrequenzen unseres Testsignals:
27175000+1000Hz und 27175000-1000Hz
27175000+3000Hz und 27175000-3000Hz
Die Träger-Minus-Audiosignale sind das untere Seitenband und die Träger-Plus-Audiosignale sind das obere Seitenband.
Es ist nicht schwer zu erkennen, dass nur ein Seitenband ausreicht, um Informationen zu übertragen; das zweite wiederholt nur dieselben Informationen, jedoch nur mit umgekehrtem Vorzeichen, wodurch die Sendeleistung für die Ausstrahlung dieser doppelten Informationen in die Luft verschwendet wird.
Wenn man den Träger, der überhaupt keine nützlichen Informationen enthält, und eines der Seitenbänder entfernt, erhält man die SSB-Modulation (auf Russisch: OBP) – eine Modulation mit einem Seitenband und ohne Träger (Einseitenbandmodulation).

SSB-Modulation (SSB, Einseitenbandmodulation)

So sieht SSB am Senderausgang aus:

Es ist ersichtlich, dass sich dieses Signal nicht wesentlich von der AM-Modulation unterscheidet. Es ist verständlich, dass SSB eine Fortsetzung von AM ist, das heißt, SSB entsteht aus der AM-Modulation, aus deren Signal das unnötige Seitenband und der Träger entfernt werden.
Schaut man sich das Signalspektrum an, ist der Unterschied offensichtlich:

Es gibt weder einen Träger noch ein doppeltes Seitenband (diese Grafik zeigt USB, d. h. Einseitenbandmodulation, bei der das obere Seitenband übrig bleibt, es gibt auch LSB, wenn das untere Seitenband übrig bleibt).
Es gibt keinen Träger, keine Backup-Seite – die gesamte Sendeleistung wird nur für die Übertragung nützlicher Informationen aufgewendet.
Es ist einfach unmöglich, eine solche Modulation mit einem normalen AM-Empfänger zu empfangen. Um zu empfangen, müssen Sie den „Ausgangspunkt“ – den Träger – wiederherstellen. Das geht ganz einfach: Die Frequenz, auf der der Sender arbeitet, ist bekannt. Das heißt, Sie müssen nur einen Träger derselben Frequenz hinzufügen und schon erscheint der Startpunkt. Der neugierige Leser hat wahrscheinlich schon bemerkt, dass, wenn die Frequenz des Senders nicht bekannt ist, der Startpunkt falsch ist, wir den falschen Träger hinzufügen, was werden wir hören? Und gleichzeitig werden wir die Stimme eines „Stiers“ oder eines „Gnoms“ hören. Dies geschieht, weil der Empfänger bei dieser Art der Modulation nicht weiß, welche Frequenzen wir ursprünglich hatten, ob es 1000 Hz und 3000 Hz oder 2000 Hz und 4000 Hz oder 500 Hz und 2500 Hz waren – die „Abstände“ zwischen den Frequenzen sind korrekt, begannen aber zu stimmen Verschiebung, die entweder zu einem „Pee-Pee-Pee“ oder einem „Boo-Boo-Boo“ führt.

CW-Modulation (Telegraph)

Beim Telegraphen ist alles einfach - es ist ein 100 % AM-Modulationssignal, nur scharf: Entweder liegt ein Signal am Ausgang des Senders oder es gibt kein Signal. Die Telegrafentaste wird gedrückt – es ertönt ein Signal, losgelassen – da ertönt nichts.
Auf den Karten sieht der Telegraph so aus:

Dementsprechend ist das Spektrum des Telegraphensignals:

Das heißt, die Trägerfrequenz wird durch Drücken der Telegraphentaste zu 100 % moduliert.
Warum gibt es im Spektrum zwei Stäbchen, die leicht von der „Zentralfrequenz“ des Signals abweichen, und nicht nur einen einzigen – den Träger?
Hier ist alles einfach: Wie dem auch sei, ein Telegraph ist AM, und AM ist die Summe aus Träger- und Modulationssignalen, da ein Telegraph (Morsecode) eine Reihe von Tastendrücken ist, das sind auch Schwingungen mit einer bestimmten Frequenz, wenn auch niedrig im Vergleich zum Klang. Mit der Frequenz des Tastendrucks weichen die Seitenbänder des Telegrafensignals vom Träger zurück.
Wie überträgt man solche Signale?
Im einfachsten Fall – durch Drücken der Sendetaste während der Stille vor dem Mikrofon.
Wie empfängt man solche Signale?
Um zu empfangen, müssen Sie den Träger, der in der Luft erscheint, im Takt der Tastendrücke in Ton umwandeln. Es gibt viele Methoden. Die einfachste besteht darin, einen Schaltkreis an den Ausgang des AM-Empfängerdetektors anzuschließen, der jedes Mal piept, wenn am Detektor Spannung anliegt (d. h. wenn dem Detektor ein Träger zugeführt wird). Eine komplexere und sinnvollere Möglichkeit besteht darin, das aus der Luft kommende Signal mit dem Signal des im Empfänger eingebauten Generators (Lokaloszillator) zu mischen und die Differenz der Signale einem Audioverstärker zuzuführen. Wenn also die Frequenz des Signals in der Luft 27175000 Hz beträgt, die Frequenz des Empfängergenerators 27174000 beträgt, dann wird am Eingang des Audioverstärkers das Signal 27175000+27174000=54349000 Hz und 27175000-27174000=1000 Hz empfangen, natürlich das erste Bei einem davon handelt es sich nicht um ein Audiosignal, sondern um ein Funksignal. Der Audioverstärker wird es nicht verstärken, aber der zweite, 1000 Hz, ist ein bereits hörbarer Ton und er wird ihn verstärken und wir werden „piiiiiii“ hören, während ein Träger eingeschaltet ist die Luft und die Stille (Luftgeräusch), wenn es sie nicht gibt.
Wenn zwei Personen gleichzeitig mit dem Senden beginnen, haben meiner Meinung nach viele Menschen den „piiiiii“-Effekt bemerkt, der durch die Addition und Subtraktion von Trägern im Empfänger entsteht. Was man hört, ist der Unterschied zwischen den in unserem Empfänger auftretenden Trägersignalen.

FM-Modulation (FM, Frequenzmodulation)

Das eigentliche Wesen der Frequenzmodulation ist einfach: Die Trägerfrequenz ändert sich geringfügig im Takt der Spannung am Mikrofonausgang. Steigt die Spannung am Mikrofon, erhöht sich auch die Frequenz; sinkt die Spannung am Mikrofonausgang, sinkt auch die Trägerfrequenz.
Die Abnahme und Zunahme der Trägerfrequenz erfolgt in kleinen Grenzen, zum Beispiel beträgt sie bei CB-Radiosendern plus/minus 3000 Hz bei einer Trägerfrequenz von etwa 27.000.000 Hz, bei UKW-Rundfunksendern plus/minus 100.000 Hz.
FM-Modulationsparameter - Modulationsindex. Das Verhältnis des Tons mit der maximalen Frequenz, die der Mikrofonverstärker des Senders überträgt, zur maximalen Änderung der Trägerfrequenz beim lautesten Ton. Es ist nicht schwer zu erkennen, dass er bei CB 1 (oder 3000/3000) und bei FM-Sendern etwa 6 ... 7 (100000/15000) beträgt.
Bei der FM-Modulation ist der Trägerpegel (Sendersignalleistung) immer konstant und ändert sich nicht in Abhängigkeit von der Lautstärke der Töne vor dem Mikrofon.
In grafischer Form sieht die Modulation am Ausgang des FM-Senders so aus:

Bei der FM-Modulation gibt es wie bei AM sowohl einen Träger als auch zwei Seitenbänder am Ausgang des Senders, da die Trägerfrequenz im Takt des Modulationssignals schwankt und sich von der Mitte wegbewegt:

DSB, DChT, Phase und andere Modulationsarten

Der Fairness halber sei angemerkt, dass es noch andere Arten der Trägermodulation gibt:
DSB – zwei Seitenbänder und kein Träger. DSB, im Wesentlichen AM-Modulation, bei der der Träger entfernt (ausgeschnitten, unterdrückt) wurde.
DCT – Zweifrequenztelegraf ist eigentlich nichts anderes als Frequenzmodulation, sondern durch Drücken einer Telegrafentaste. Beispielsweise entspricht ein Punkt einer Trägerverschiebung von 1000 Hz und ein Strich einer Trägerverschiebung von 1500 Hz.
Phasenmodulation – Modulation der Trägerphase. Die Frequenzmodulation bei den kleinen Indizes 1–2 ist im Wesentlichen eine Phasenmodulation.

In einigen Systemen (Fernsehen, UKW-Stereo-Rundfunk) erfolgt die Modulation des Trägers durch einen anderen modulierten Träger, der bereits nützliche Informationen trägt.
Vereinfacht ausgedrückt ist ein FM-Stereo-Rundfunksignal beispielsweise ein durch Frequenzmodulation modulierter Träger, wobei das Signal selbst ein durch DSB-Modulationen modulierter Träger ist, wobei ein Seitenband das Signal des linken Kanals und das andere Seitenband der rechte Audiokanal ist Signal.

Wichtige Aspekte beim Empfang und Senden von AM-, FM- und SSB-Signalen

Da es sich bei AM und SSB um Modulationen handelt, bei denen das Senderausgangssignal proportional zur vom Mikrofon kommenden Spannung ist, ist es wichtig, dass es sowohl auf der Empfangs- als auch auf der Sendeseite linear verstärkt wird. Das heißt, wenn der Verstärker zehnmal verstärkt, sollte bei einer Spannung an seinem Eingang von 1 Volt der Ausgang 10 Volt betragen, und bei 17 Volt am Eingang sollte der Ausgang genau 170 Volt betragen. Wenn der Verstärker nicht linear ist, also bei einer Eingangsspannung von 1 Volt beträgt die Verstärkung 10 und am Ausgang 10 Volt, und bei 17 Volt am Eingang beträgt die Verstärkung nur 5 und am Ausgang 85 Volt, dann Verzerrung erscheint – pfeifendes und grunzendes Geräusch mit lauten Geräuschen vor dem Mikrofon. Wenn die Verstärkung dagegen bei kleinen Eingangssignalen geringer ist, kommt es zu Pfeifgeräuschen leise Geräusche und unangenehme Obertöne, selbst wenn sie laut sind (da jeder Ton zu Beginn seiner Schwingung eine Zone nahe Null durchläuft).
Besonders wichtig ist die Linearität von Verstärkern für die SSB-Modulation.

Um die Signalpegel in AM- und SSB-Empfängern auszugleichen, werden spezielle Schaltungskomponenten verwendet – automatische Verstärkungsregler (AGC-Schaltungen). Die Aufgabe des AGC besteht darin, die Verstärkung der Empfängerknoten so zu wählen, dass sowohl das starke Signal (von einem nahen Korrespondenten) als auch das schwache (von einem entfernten) letztendlich ungefähr gleich ausfallen. Wenn AGC nicht verwendet wird, sind schwache Signale leise zu hören und starke Signale zerreißen den Schallsender des Empfängers, wie ein Tropfen Nikotin einen Hamster. Wenn die AGC zu schnell auf eine Pegeländerung reagiert, beginnt sie nicht nur, die Pegel der Signale von nahen und entfernten Korrespondenten anzugleichen, sondern auch die Modulation innerhalb des Signals zu „erwürgen“ – wodurch die Verstärkung bei steigender Spannung verringert wird und Erhöhen Sie ihn, wenn die Spannung abnimmt, wodurch alle Modulationen auf ein unmoduliertes Signal reduziert werden.

Die FM-Modulation erfordert keine besondere Linearität der Verstärker; bei der FM-Modulation werden die Informationen durch eine Frequenzänderung übertragen und keine Verzerrung oder Begrenzung des Signalpegels kann die Frequenz des Signals verändern. Tatsächlich muss in einem FM-Empfänger ein Signalpegelbegrenzer installiert werden, da der Pegel nicht wichtig ist, sondern die Frequenz, und eine Änderung des Pegels nur die Hervorhebung von Frequenzänderungen und die Umwandlung des FM-Trägers in den Ton des Signals beeinträchtigt welches es moduliert wird.
Übrigens, gerade weil im FM-Empfänger alle Signale begrenzt sind, das heißt, schwaches Rauschen hat fast den gleichen Pegel wie ein starkes Nutzsignal, macht der Detektor (Demodulator) in Abwesenheit eines FM-Signals so viel Rauschen – er versucht es Um die Änderung der Frequenz des Rauschens am Eingang des Empfängers und des Rauschens des Empfängers selbst hervorzuheben, ist die Frequenzänderung im Rauschen sehr groß und zufällig, sodass zufällig starke Geräusche zu hören sind: lautes Rauschen.
Bei einem AM- und SSB-Empfänger ist das Rauschen bei fehlendem Signal geringer, da das Empfängerrauschen selbst immer noch einen niedrigen Pegel hat und das Rauschen am Eingang im Vergleich zum Nutzsignal einen niedrigen Pegel hat, bei AM und SSB ist es der Pegel ist die Ebene, die wichtig ist.

Für einen Telegraphen ist die Linearität ebenfalls nicht sehr wichtig; dort werden Informationen durch die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Trägers übertragen, und sein Pegel ist nur ein sekundärer Parameter.

FM, AM und SSB nach Gehör

Bei AM- und SSB-Signalen ist Impulsrauschen viel deutlicher wahrnehmbar, etwa das Knistern defekter Autozündungen, das Klicken von Blitzentladungen oder das Rumpeln von Impulsspannungswandlern.
Je schwächer das Signal, desto geringer seine Leistung, desto leiser ist der Ton am Empfängerausgang und je stärker, desto lauter. Obwohl AGC seine Aufgabe durch die Nivellierung der Signalpegel erfüllt, sind seine Möglichkeiten nicht endlos.
Bei der SSB-Modulation ist es fast unmöglich, einen Rauschunterdrücker zu verwenden und generell zu verstehen, wann der andere Korrespondent die Übertragung ausgelöst hat, da bei Stille vor dem Mikrofon in SSB der Sender nichts in die Luft abstrahlt – das gibt es kein Träger, und wenn vor dem Mikrofon Stille herrscht, dann gibt es keine Seitenbänder.

FM-Signale sind weniger anfällig für Impulsrauschen, aber aufgrund von lautes Geräusch Ein FM-Detektor ohne Signal ist einfach unerträglich, ohne Rauschunterdrücker zu sitzen. Jedes Mal, wenn die Übertragung des Korrespondenten im Empfänger ausgeschaltet wird, wird dies von einem charakteristischen „Puff“ begleitet – der Detektor hat bereits begonnen, Geräusche in Ton umzuwandeln, aber der Geräuschunterdrücker ist noch nicht geschlossen.

Wenn Sie einen AM-Empfänger auf einen FM-Empfänger hören oder umgekehrt, hören Sie ein Grunzen, können aber trotzdem verstehen, worüber sie sprechen. Wenn Sie SSB auf einem FM- oder AM-Receiver hören, erhalten Sie nur ein wildes Audio-Durcheinander von „oink-zhu-zhu-bzhu“ und absolut keine Verständlichkeit.
Auf einem SSB-Empfänger können Sie perfekt CW (Telegraph), AM und, mit etwas Verzerrung, FM mit niedrigen Modulationsindizes hören.

Wenn zwei oder mehr AM- oder FM-Radiosender auf derselben Frequenz gleichzeitig eingeschaltet sind, entsteht ein Durcheinander von Trägern, eine Art Quietschen und Kreischen, bei dem man nichts erkennen kann.
Wenn sich zwei oder mehr SSB-Sender auf derselben Frequenz einschalten, ist jeder, der gesprochen hat, im Empfänger zu hören, da SSB keinen Träger hat und es nichts zu schlagen gibt (mischen, bis es pfeift). Man hört alle, als ob alle im selben Raum säßen und gleichzeitig zu reden beginnen würden.

Wenn bei AM oder FM die Empfängerfrequenz nicht genau mit der Senderfrequenz übereinstimmt, treten bei lauten Tönen Verzerrungen und „Pfeifen“ auf.
Ändert sich die Frequenz eines SSB-Senders im Takt der Signalstärke (z. B. weil das Gerät nicht genügend Leistung hat), ist ein Gurgeln in der Stimme zu hören. Wenn die Frequenz des Empfängers oder Senders schwankt, dann schwankt der Ton in der Frequenz, dann „murmelt“ und dann „zwitschert“.

Effizienz der Modulationsarten - AM, FM und SSB

Ich betone theoretisch, dass die Kommunikationsreichweite bei gleicher Sendeleistung wie folgt von der Modulationsart abhängt:
AM = Entfernung * 1
Weltmeisterschaft = Distanz * 1
SSB = Entfernung * 2
In derselben Theorie übertrifft SSB energetisch AM um das Vierfache an Leistung oder das Zweifache an Spannung. Der Gewinn ergibt sich aus der Tatsache, dass die Sendeleistung nicht für die Aussendung eines nutzlosen Trägers und die verschwenderische Vervielfältigung der Informationen des zweiten Seitenbandes aufgewendet wird.
In der Praxis fällt der Gewinn geringer aus, da das menschliche Gehirn es nicht gewohnt ist, in den Pausen dazwischen Luftgeräusche wahrzunehmen laute Geräusche und die Lesbarkeit leidet etwas.
FM ist auch Modulation „mit einer Überraschung“ – einige kluge Bücher sagen, dass AM und FM nicht besser als einander sind, und sogar FM ist schlechter, andere behaupten, dass FM bei niedrigen Modulationsindizes (und das sind CB- und Amateurradiosender) besser abschneidet 1,5 Mal morgens. Tatsächlich ist die Weltmeisterschaft nach subjektiver Meinung des Autors etwa 1,5-mal „druckvoller“ als die AM, vor allem weil die Weltmeisterschaft weniger anfällig ist Pulsstörungen und Signalpegelschwankungen.

AM-, FM- und SSB-Geräte hinsichtlich Komplexität und Umwandlung in ein anderes

Die komplexeste Ausrüstung ist SSB.
Tatsächlich kann ein SSB-Gerät nach vernachlässigbaren Änderungen problemlos in AM oder FM arbeiten.
Es ist fast unmöglich, einen AM- oder FM-Transceiver auf SSB umzustellen (Sie müssen viele, viele zusätzliche Komponenten in den Schaltkreis einbauen und die Sendereinheit komplett neu bauen).
Vom Autor: Mir persönlich kommt es völlig verrückt vor, ein AM- oder FM-Gerät in SSB umzuwandeln.
Ich habe das SSB-Gerät von Grund auf zusammengebaut, aber nicht, um AM oder FM in SSB umzuwandeln.

Am zweitschwierigsten ist das FM-Gerät.
Tatsächlich enthält das FM-Gerät im Empfänger bereits alles, was zur Erkennung von AM-Signalen benötigt wird, da es auch über AGC (automatische Verstärkungsregelung) und damit über einen Detektor für den Pegel des empfangenen Trägers verfügt, also im Wesentlichen über einen vollwertigen AM-Empfänger, der nur irgendwo dort im Inneren funktioniert (der Schwellenwert-Rauschunterdrücker funktioniert auch in diesem Teil der Schaltung).
Schwieriger wird es beim Sender, da fast alle seiner Stufen im nichtlinearen Modus arbeiten.
Vom Autor: Es ist möglich, es zu wiederholen, aber es bestand nie die Notwendigkeit dafür.

AM-Ausrüstung ist die einfachste.
Um einen AM-Empfänger auf FM umzustellen, müssen Sie neue Komponenten einführen – einen Begrenzer und einen FM-Detektor. Tatsächlich bestehen der Begrenzer und der FM-Detektor aus einer Mikroschaltung und mehreren Teilen.
Die Umwandlung eines AM-Senders in einen FM-Sender ist viel einfacher, da Sie lediglich eine Kette einführen müssen, die die Trägerfrequenz im Takt der vom Mikrofon kommenden Spannung „flattert“.
Vom Autor: Ich habe den AM-Transceiver ein paar Mal auf AM/FM umgestellt, insbesondere bei den CB-Radiosendern „Cobra 23 plus“ und „Cobra 19 plus“.

LickSec > Funkkommunikation

Das erste Experiment zur Übertragung von Sprache und Musik über Funk mithilfe der Amplitudenmodulationsmethode wurde 1906 vom amerikanischen Ingenieur R. Fessenden durchgeführt. Die Trägerfrequenz von 50 kHz des Funksenders wurde von einem Maschinengenerator (Lichtmaschine) erzeugt; zu seiner Modulation wurde ein Kohlemikrofon zwischen Generator und Antenne geschaltet, wodurch sich die Dämpfung des Signals im Stromkreis veränderte. Seit 1920 wurden anstelle von Lichtmaschinen Generatoren auf Basis von Vakuumröhren eingesetzt. In der zweiten Hälfte der 1930er Jahre, als ultrakurze Wellen entwickelt wurden, Amplitudenmodulation Nach und nach wurde der Rundfunk und die Funkkommunikation auf UKW durch Frequenzmodulation ersetzt. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die Einseitenbandmodulation (SSB) auf allen Frequenzen im Dienst- und Amateurfunkverkehr eingeführt, was gegenüber AM eine Reihe wichtiger Vorteile mit sich bringt.

Es wurde die Frage der Übertragung des Hörfunks auf OBP aufgeworfen, die jedoch den Austausch aller Rundfunkempfänger durch komplexere und teurere Empfänger erfordert hätte und daher nicht umgesetzt wurde. Ende des 20. Jahrhunderts begann der Übergang zum digitalen Rundfunk unter Verwendung von Signalen mit Amplitudenmanipulation. Modulation (von lateinisch Modulation – Dimensionalität, Dimensionalität) ist eine zeitliche Änderung gemäß einem gegebenen Parametergesetz, das jeden stationären physikalischen Prozess charakterisiert. Der während des Modulationsprozesses veränderte Schwingungsparameter (Amplitude, Frequenz, Phase) bestimmt den Namen der Modulation. Dementsprechend Amplitude, Frequenz, Phase. Auch eine gemischte Modulation ist möglich, beispielsweise Amplitude-Phase. Ein moduliertes Signal ist das Ergebnis der Überlagerung von Schwingungen des Modulationssignals mit Schwingungen der Trägerfrequenz.

In vielen Fällen liegt das Modulationssignal in Form eines Impulses und der daraus resultierenden Ausbrüche von Hochfrequenzimpulsen vor. In Mehrkanal-Kommunikationssystemen wird eine Folge von Funkimpulsen als Informationsträger verwendet. Eine solche Sequenz wird durch vier Parameter bestimmt: Amplitude, Frequenz, Dauer (Breite) und Phase. Dementsprechend sind mehrere Möglichkeiten der Pulsmodulation möglich. Nämlich: Pulsamplitude, Pulsphase, Pulsfrequenz, Pulsbreite, Pulscodemodulation. Pulsmodulationsarten zeichnen sich im Vergleich zur Modulation eines kontinuierlichen harmonischen Signals durch eine erhöhte Störfestigkeit aus.

Hinsichtlich der Reichweite ist die AM-Modulation der FM unterlegen, wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist die Signalamplitude zu bestimmten Zeitpunkten bei AM geringer als bei FM, daher die geringere Reichweite. Zur Übertragung der Trägerfrequenz eines herkömmlichen AM-Radiosignals wird ein Teil der Leistung der Sendeanlage genutzt (ca. 50 %). Der Ausweg zur Erhöhung der Kommunikationsreichweite bei AM besteht in der Umstellung auf Modulation mit einem Seitenband, die es ermöglicht, die gesamte Leistung der Sendeausrüstung nur für die Übertragung des Nutzsignals zu nutzen. Es gibt noch andere Modulationsarten, die jedoch weniger verbreitet oder von praktischer Bedeutung sind.

Bei der Signalmodulation wird ein Signal entsprechend der Form eines anderen Signals verändert.
Zur Datenübertragung wird die Modulation mittels elektromagnetischer Strahlung durchgeführt. Typischerweise wird ein sinusförmiges Signal (Träger) modifiziert. Es gibt:
- Amplitudenmodulation;
- Frequenzmodulation;

Modulation ist ein Prozess, bei dem eine Hochfrequenzwelle zum Transport einer Niederfrequenzwelle verwendet wird.

Amplitudenmodulation
In Amplitudenmodulationssystemen (AM) verändert die Modulationswelle die Amplitude einer Hochfrequenz-Trägerwelle. Die Analyse der Ausgangsfrequenzen zeigt nicht nur das Vorhandensein der Eingangsfrequenzen Fc und Fm, sondern auch deren Summe und Differenz: Fc + Fm und Fc – Fm. Wenn die Modulationswelle komplex ist, beispielsweise ein Sprachsignal, das aus vielen Frequenzen besteht, belegen die Summen und Differenzen der verschiedenen Frequenzen zwei Bänder, eines unterhalb und das andere oberhalb der Trägerfrequenz. Sie werden als obere und untere seitliche bezeichnet. Das obere Band ist eine Kopie des ursprünglichen Gesprächssignals, nur auf die Fc-Frequenz verschoben. Das untere Band ist eine invertierte Kopie des Originalsignals, d. h. Die hohen Frequenzen im Original sind die niedrigen Frequenzen auf der unteren Seite. Die Unterseite ist ein Spiegelbild der Oberseite bezüglich der Trägerfrequenz Fc. Ein AM-System, das sowohl Sidebaud als auch Träger überträgt, wird als Double Sidebaud (DSB)-System bezeichnet. Der Träger trägt keine nützlichen Informationen und kann entfernt werden, aber mit oder ohne Träger hat das DSB-Signal die doppelte Bandbreite des Originalsignals. Um das Band zu verengen, ist es möglich, nicht nur den Träger, sondern auch einen der seitlichen Träger zu verschieben, da diese die gleichen Informationen tragen. Diese Art der Operation wird als Single Sideband Suppressed Carrier Modulation (SSB-SC – Single SideBand Suppressed Carrier) bezeichnet.
Die Demodulation eines AM-Signals wird durch Mischen des modulierten Signals mit einem Träger derselben Frequenz wie der Modulator erreicht. Das ursprüngliche Signal wird dann als separate Frequenz (oder Frequenzband) erhalten und kann aus anderen Signalen gefiltert werden. Bei Verwendung von SSB-SC wird der Demodulationsträger lokal erzeugt und darf in keiner Weise an die Trägerfrequenz am Modulator angepasst werden. Der geringfügige Unterschied zwischen den beiden Frequenzen führt zu einer Frequenzfehlanpassung, die bei Telefonschaltungen typisch ist.

Amplitudenmodulation mit digitalen Signalen
Ein Sonderfall der Amplitudenmodulation besteht darin, dass der niedrigere der beiden Amplitudenpegel auf Null gebracht wird und der Modulationsprozess aus dem Ein- und Ausschalten des Trägers besteht. Aufgrund von Spannungsspitzen in der übertragenen Energie ist diese Technik jedoch für die Übertragung von Daten über Kommunikationsnetze ungeeignet.

Modulationsarten: FM, AM, SSB
Was ist erlaubt, wie wirkt sich die Modulationsart auf die Kommunikationsreichweite aus?
Merkmale der Arbeit mit SSB.
In Russland ist im CB-Bereich die Verwendung von Frequenz- (FM), Amplituden- (AM) und Einseitenband- (SSB) Modulation zulässig. Welche Modulation ist für die Kommunikation besser zu wählen?

Zunächst muss Ihre Modulation mit der Ihres Korrespondenten übereinstimmen. Die überwiegende Mehrheit der russischen CB-Nutzer nutzt FM. Es bietet die höchste Tonqualität, wenn das Signal des Gesprächspartners stark genug ist. Mit FM können Sie die meisten Arten von Störungen amplitudenbedingter Natur unterdrücken. Der Nachteil von FM ist der hohe Rauschpegel des Detektors bei fehlendem Signal, was eine genaue Einstellung der Rauschunterdrückungsschwelle erfordert.

AM wird für die Kommunikation über mittlere und lange Distanzen verwendet, wenn das Signal des Gesprächspartners zu schwach ist, um die Vorteile von FM zu nutzen. Die maximale Kommunikationsreichweite bei Verwendung von AM und FM ist nahezu gleich.

Die Funkkommunikation mit einem Seitenband hat gegenüber AM und FM so große Vorteile, dass sie diese in der professionellen und Amateurfunkkommunikation vollständig ersetzt hat. SSB trat in den fünfziger Jahren in Amateurfunkbands auf. 1956 gab es weltweit nur ein paar Dutzend Amateur-SSB-Radiosender, doch 1961 überstieg ihre Zahl bereits 20.000. Der erste sowjetische Kurzwellenbetreiber, der an SSB arbeitete, war Georgy Rumyantsev (UA1DZ), einer der ältesten russischen Funkamateure, L. Labutin (UA3CR), der 1958 mit der Arbeit an SSB begann, trug viel dazu bei, die Arbeit an SSB bekannt zu machen.

Die SSB-Modulation kam erst viel später ins CB-Band: im Ausland – in den 90er Jahren, in Russland – erst in den allerletzten Jahren.

Der Hauptgrund für die geringe Nutzung von SSB im CB-Bereich ist der höhere Preis von SSB-Transceivern, der die Preise von AM/FM-Sendern um das Drei- bis Fünffache übersteigt, der zweite Grund sind die Besonderheiten der Arbeit mit SSB, die höhere Preise erfordern Bedienerqualifikationen.

Wenn Sie einen Sender mit SSB-Modulation empfangen, müssen Sie den Feinabstimmungsknopf verwenden, um die beste Verständlichkeit und Natürlichkeit der Stimme des Gesprächspartners zu erreichen. Dies verhinderte den flächendeckenden Einsatz von SSB in Autoradios, deren manuelle Einstellung den Fahrer während der Fahrt nicht ablenken sollte. In letzter Zeit sind jedoch recht anständige SSB-Autosender auf dem Markt erschienen, deren Preis jedoch nur 1,5 bis 2 Mal teurer ist als bei AM- und FM-Sendern, deren Frequenzstabilität völlig ausreichend ist, um auf SSB während der Fahrt zu arbeiten.

Es muss berücksichtigt werden, dass auch mit Feinabstimmung Der Klang der Stimme des Korrespondenten bleibt bei der Arbeit an SSB immer noch unnatürlich, mit einem spezifischen „synthetisierten“ Timbre, der jedoch den Informationsempfang in keiner Weise beeinträchtigt.

Der Hauptvorteil von SSB im Vergleich zu AM und FM ist die Leistungssteigerung des ausgesendeten Nutzsignals, die 9 dB bzw. das 8-fache beträgt. Nach den in Russland geltenden Regeln sollte die Trägerleistung eines CB-Radiosenders mit AM- und FM-Modulationsarten und die Spitzenleistung mit SSB-Modulation 10 W nicht überschreiten. Woher kommen die Gewinne?

Bei der SSB-Modulation werden der Träger und eines der Seitenbänder nicht abgestrahlt, sodass die gesamte zulässige Leistung als ein Seitenband abgestrahlt werden kann. Die Leistung zur Übertragung nützlicher Sprachinformationen beträgt bei AM und FM bestenfalls 1,25 W, bei SSB sind es sogar 10 W. Wenn Sie also ein SSB-Signal von einem Sender mit einer Spitzenleistung von 10 W empfangen, ist die Hörbarkeit dieselbe wie beim Empfang eines AM-Senders mit einer Leistung von 80 W!

Die Vorteile von SSB enden hier jedoch nicht. AM- und FM-Sender senden ständig Trägerleistung aus, unabhängig davon, ob Sie in das Mikrofon sprechen oder schweigen. SSB-Sender geben während der Wortpausen keinen Strom ab. Dies spart nicht nur Energie und erleichtert den Betrieb der Senderendstufe, sondern bietet auch Vorteile Zusätzliche Vorteile wenn Sie in einem Kanal arbeiten, der mit Sendern überlastet ist. Bei der Verwendung von AM- oder FM-Modulationen „überfordert“ das Einschalten eines leistungsstärkeren Senders den schwächeren vollständig und macht den Empfang unmöglich; bei Verwendung von SSB wird in den Pausen zwischen den Worten eines leistungsstärkeren Senders weiterhin der schwächere Sender gehört. Es ist möglich, nicht nur dem Sender zu folgen, sondern auch die Bedeutung der Botschaft zu erfassen. In praktisch solchen Fällen ist es möglich, einen Übergang auf eine andere Frequenz zu vereinbaren. Wenn der Signalpegel der störenden Sender nicht viel höher ist als der des empfangenen Senders und die Frequenzen aller Sender genau gleich sind, werden Sie die meisten Informationen des gewünschten Senders genauso verstehen, wie Sie den Gesprächspartner wann verstehen reden, wenn man von Leuten umgeben ist, die reden. In der Praxis weichen die Frequenzen störender Sender immer von den empfangenen ab. Aufgrund einer Verletzung der Beziehungen zwischen den Frequenzkomponenten des Spektrums wird die Sprache der Korrespondenten störender Sender daher unleserlich und es ist viel einfacher, die gesamte Aufmerksamkeit zu lenken auf die verständliche Rede Ihres Korrespondenten. Dies gilt natürlich nur bei Störungen durch andere SSB-Sender. Wenn die Störstation mit Amplituden- oder Frequenzmodulation arbeitet, bietet SSB keine Vorteile.

Aus diesem Grund sollten Nutzer des CB-Bereichs, bei dem es keine Frequenzdifferenzierung gibt, damit arbeiten verschiedene Typen Modulationen, vereinbaren untereinander, welche Kanäle nur SSB nutzen können. Daher einigten sich CB-Nutzer in europäischen Ländern darauf, für die Arbeit mit SSB bevorzugt das D-Band zu nutzen und das C-Band für AM und FM zu belassen.

Alle aufgeführten Vorteile der SSB-Modulation ermöglichen unter sonst gleichen Bedingungen eine um 50-75 % größere Kommunikationsreichweite als bei AM oder FM.

Modulation ist ein Prozess Transformation einer oder mehrerer Eigenschaften einer modulierenden hochfrequenten Schwingung unter dem Einfluss eines niederfrequenten Steuersignals. Dadurch verschiebt sich das Spektrum des Steuersignals in den Hochfrequenzbereich, wo die Übertragung hoher Frequenzen effizienter ist.

Die Modulation wird zum Zweck der Informationsübertragung durchgeführt. Die übertragenen Daten sind im Steuersignal enthalten. Und die Trägerfunktion wird durch eine hochfrequente Schwingung, den sogenannten Träger, übernommen. Als Trägerschwingungen können Schwingungen verschiedener Formen verwendet werden: Sägezahn, Rechteck usw., in der Regel werden jedoch harmonische Sinusschwingungen verwendet. Basierend darauf, welche spezifische Charakteristik der Sinusschwingung sich ändert, werden mehrere Modulationsarten unterschieden:

Amplitudenmodulation

Die Modulations- und Referenzsignale werden an den Eingang des Modulationsgeräts übertragen, wodurch am Ausgang ein moduliertes Signal entsteht. Als Bedingung für eine korrekte Konvertierung gilt der doppelte Wert der Trägerfrequenz im Vergleich zu Maximalwert Basisbandbänder. Diese Art der Modulation ist recht einfach zu implementieren, zeichnet sich jedoch durch eine geringe Störfestigkeit aus.

Aufgrund der schmalen Bandbreite des modulierten Signals kommt es zu Rauschinstabilität. Es wird hauptsächlich im mittleren und niederfrequenten Bereich des elektromagnetischen Spektrums eingesetzt.

Frequenzmodulation

Durch diese Art der Modulation moduliert das Signal die Frequenz des Referenzsignals und nicht die Leistung. Wenn also die Signalgröße zunimmt, erhöht sich auch die Frequenz entsprechend. Dies liegt daran, dass die Bandbreite des empfangenen Signals viel größer ist als der ursprüngliche Signalwert.

Diese Modulation zeichnet sich durch eine hohe Störfestigkeit aus, für ihre Anwendung ist jedoch die Nutzung des Hochfrequenzbereichs erforderlich.

Phasenmodulation

Bei dieser Modulationsart nutzt das Modulationssignal die Phase des Referenzsignals. Bei dieser Typ Modulation hat das resultierende Signal ein ziemlich breites Spektrum, da sich die Phase um 180 Grad dreht.

Phasenmodulation wird aktiv genutzt, um eine rauschfreie Kommunikation im Mikrowellenbereich zu ermöglichen.

Als Trägersignal können ungedämpfte Funktionen, Rauschen, eine Folge von Impulsen usw. verwendet werden. Bei der Pulsmodulation wird also eine Folge schmaler Impulse als Trägersignal verwendet und ein diskreter oder diskreter Impuls fungiert als Modulationssignal. Analogsignal. Da die Pulsfolge durch 4 Charakteristika gekennzeichnet ist, gibt es 4 Modulationsarten:

— Frequenzimpuls;

- Impulsbreite;

— Amplitudenimpuls;

- Phasenimpuls.

6. Modulationsarten. Einführung in das Fachgebiet

6. Modulationsarten

Prinzipien der Telekommunikationssignalisierung

Die Übertragung eines Signals von einem Punkt im Raum zu einem anderen erfolgt durch ein Telekommunikationssystem. Ein elektrisches Signal ist im Wesentlichen eine Form der Darstellung einer Nachricht zur Übertragung durch ein Telekommunikationssystem.

Die Quelle der Nachricht (Abb. 6.1) erzeugt eine Nachricht a(t), die mit speziellen Geräten in ein elektrisches Signal s(t) umgewandelt wird. Bei der Übertragung von Sprache wird diese Transformation durch ein Mikrofon durchgeführt, bei der Übertragung eines Bildes – durch eine Kathodenstrahlröhre, bei der Übertragung eines Telegramms – durch den Sendeteil des Telegraphenapparats.

Um ein Signal in einem Telekommunikationssystem zu übertragen, müssen Sie einen Träger verwenden. Es ist selbstverständlich, als Träger solche materiellen Objekte zu verwenden, die dazu neigen, sich im Raum zu bewegen, zum Beispiel das elektromagnetische Feld in Drähten ( Kabelverbindung), im offenen Raum (Funkkommunikation), Lichtstrahl (optische Kommunikation). In Abb. 6.2 zeigt die Verwendung der Frequenz- und Wellenskala verschiedene Arten Für verschiedene Arten Kommunikation.

Daher muss am Übertragungspunkt (Abb. 6.1) das Primärsignal s(t) in ein Signal v(t) umgewandelt werden, das für seine Übertragung über das entsprechende Ausbreitungsmedium geeignet ist. Am Empfangspunkt erfolgt die umgekehrte Konvertierung. In einigen Fällen (z. B. wenn das Ausbreitungsmedium ein Paar physischer Drähte ist, wie in einer Stadt). Telefonkommunikation) kann die angegebene Signalkonvertierung fehlen.

Das an den Empfangspunkt gelieferte Signal muss erneut in eine Nachricht umgewandelt werden (z. B. mithilfe eines Telefons oder Lautsprechers für die Sprachübertragung, einer Kathodenstrahlröhre für die Bildübertragung, des Empfangsteils eines Telegraphengeräts für die Telegrammübertragung) und dann übertragen werden Der Empfänger.

Die Übertragung von Informationen geht immer mit den unvermeidlichen Auswirkungen von Störungen und Verzerrungen einher. Dies führt dazu, dass das Signal am Ausgang des Telekommunikationssystems und die empfangene Nachricht in gewissem Maße vom Signal am Eingang s(t) und der gesendeten Nachricht a(t) abweichen können. Der Grad der Übereinstimmung der empfangenen Nachricht mit der gesendeten wird als Genauigkeit der Informationsübertragung bezeichnet.

Für verschiedene Nachrichten wird die Qualität ihrer Übertragung unterschiedlich bewertet. Die empfangene Telefonnachricht muss ausreichend lesbar und der Teilnehmer erkennbar sein. Es gibt einen Standard für eine Fernsehbotschaft (eine Tabelle auf Fernsehbildschirm), der die Qualität des empfangenen Bildes bewertet.

Eine quantitative Beurteilung der Genauigkeit der Übertragung diskreter Nachrichten ist das Verhältnis der Anzahl fehlerhaft empfangener Nachrichtenelemente zur Anzahl übertragener Elemente – die Fehlerhäufigkeit (oder Fehlerrate).

Amplitudenmodulation

Typischerweise wird als Träger eine hochfrequente harmonische Schwingung, eine Trägerschwingung, verwendet. Der Prozess der Transformation des Primärsignals besteht darin, einen oder mehrere Parameter der Trägerwelle gemäß dem Gesetz der Änderungen im Primärsignal zu ändern (d. h. der Trägerwelle Vorzeichen des Primärsignals zu verleihen) und wird Modulation genannt.

Schreiben wir die als Träger gewählte harmonische Schwingung in folgender Form:

Diese Schwingung wird vollständig durch drei Parameter charakterisiert: Amplitude V, Frequenz w und Anfangsphase j. Die Modulation kann durch Ändern eines der drei Parameter gemäß den Gesetzen des übertragenen Signals erreicht werden.

Die zeitliche Änderung der Amplitude der Trägerschwingung ist proportional zum Primärsignal s(t), d. h. V(t) = V + kAM s(t), wobei kAM der Proportionalitätskoeffizient ist, wird als Amplitudenmodulation (AM) bezeichnet.

Die Trägerschwingung mit der nach dem Gesetz des Primärsignals modulierten Amplitude ist gleich: v(t) = V(t)cos(wt + j). Wenn wir die gleiche harmonische Schwingung (aber mit einer niedrigeren Frequenz W) s(t) = ScosWt als Primärsignal verwenden, dann wird die modulierte Schwingung in der Form geschrieben (der Einfachheit halber wird j = 0 angenommen): v(t ) = (V + kAMScosWt) coswt.

Nehmen wir V aus der Klammer und bezeichnen DV = kAMS und MAM = = DV/V. Dann

Der Parameter MAM = DV/V wird als Amplitudenmodulationstiefe bezeichnet. Bei MAM = 0 gibt es keine Modulation und v(t) = v0(t), d.h. wir erhalten eine unmodulierte Trägerschwingung (2.1). Typischerweise wird die Trägeramplitude größer als die Amplitude des Primärsignals gewählt, sodass MAM 1 beträgt.

In Abb. Abbildung 6.3 zeigt die Form des Sendesignals (a), die Trägerschwingung vor der Modulation (b) und die amplitudenmodulierte Trägerschwingung (c).

Durch Multiplikation in (6.2) erhalten wir die amplitudenmodulierte Schwingung

besteht aus der Summe dreier harmonischer Komponenten mit den Frequenzen w, w + W und w – W und den Amplituden V, MAMV/2 bzw. MAMV/2. Somit besteht das Spektrum einer amplitudenmodulierten Schwingung (oder AM-Schwingung) aus der Frequenz der Trägerschwingung und zwei zum Träger symmetrischen Seitenfrequenzen mit gleichen Amplituden (Abb. 6.4, b). Das Spektrum des Primärsignals s(t) ist in Abb. dargestellt. 6.4, a.

Wenn das Primärsignal komplex ist und sein Spektrum durch die Frequenzen und begrenzt ist (Abb. 6.4, c), dann besteht das Spektrum der AM-Schwingung aus einer Trägerschwingung und zwei Seitenbändern, die relativ zum Träger symmetrisch sind (Abb. 6.4, d). ).

Die Analyse der Energiebeziehungen zeigt, dass die Hauptenergie der AM-Schwingung in der Trägerschwingung enthalten ist, die keine nützlichen Informationen enthält. Das untere und das obere Seitenband tragen die gleichen Informationen und haben eine geringere Leistung.

Winkelmodulation

Es ist möglich, zeitlich proportional zum Primärsignal s(t) nicht die Amplitude, sondern die Frequenz der Trägerschwingung zu ändern:

wo ist der Proportionalitätskoeffizient; Der Wert wird als Frequenzabweichung bezeichnet (tatsächlich ist dies die maximale Abweichung der Frequenz des modulierten Signals von der Frequenz der Trägerschwingung).

Diese Art der Modulation wird Frequenzmodulation genannt. In Abb. Abbildung 6.5 zeigt die Änderung der Trägerfrequenz während der Frequenzmodulation.

Wenn wir die Phase der Trägerschwingung ändern, erhalten wir eine Phasenmodulation

wo ist der Proportionalitätskoeffizient; - Index Phasenmodulation.

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Frequenz- und Phasenmodulation. Stellen wir uns die Trägerschwingung in der Form vor

Dabei ist j die Anfangsphase der Schwingung und Y(t) ihre Gesamtphase. Es besteht ein Zusammenhang zwischen Phase Y(t) und Frequenz w:

. (6.6)

Ersetzen wir in (6.6) den Ausdruck (6.3) für w(t) durch Frequenzmodulation:

Größe wird als Frequenzmodulationsindex bezeichnet.

Die frequenzmodulierte Schwingung wird in der Form geschrieben:

Die phasenmodulierte Schwingung unter Berücksichtigung von (6.4) für j(t) ist wie folgt:

Aus einem Vergleich von (6.7) und (6.8) folgt, dass gem Aussehen Signal v(t) ist es schwierig zu unterscheiden, welche Modulation angewendet wird – Frequenz oder Phase. Beide Modulationsarten werden häufig als Winkelmodulation bezeichnet, und MFM und MFM werden als Winkelmodulationsindizes bezeichnet.

Die der Winkelmodulation (6.7) oder (6.8) unterworfene Trägerschwingung kann als Summe harmonischer Schwingungen dargestellt werden:

Hier ist M der Winkelmodulationsindex, der den Wert MFM für FM und MFM für PM annimmt. Die harmonischen Amplituden in diesem Ausdruck werden durch bestimmte Koeffizienten bestimmt, deren Werte für verschiedene Argumente in speziellen Referenztabellen angegeben sind. Je größer M, desto breiter das Spektrum der modulierten Schwingung.

Somit besteht das Spektrum eines modulierten Trägers mit Winkelmodulation, selbst bei einem harmonischen Primärsignal s(t), aus einer unendlichen Anzahl diskreter Komponenten, die das untere und obere Seitenband des Spektrums bilden, symmetrisch in Bezug auf die Trägerfrequenz und mit gleichen Amplituden (Abb. 6.6).

Wenn das Primärsignal s(t) eine andere als sinusförmige Form hat und ein Frequenzband von bis einnimmt, dann hat das Spektrum der modulierten Schwingung bei der Winkelmodulation noch mehr komplexes Aussehen.

Manchmal wird die Modulation einer harmonischen Trägerschwingung in Amplitude, Frequenz oder Phase durch diskrete Primärsignale s(t), beispielsweise Telegraph oder Datenübertragung, gesondert betrachtet. In Abb. Abbildung 6.7 zeigt ein diskretes Primärsignal (a), eine in Amplitude (b), Frequenz (c) und Phase (d) modulierte Trägerschwingung.

Die Modulation einer harmonischen Trägerschwingung durch das Primärsignal s(t) nennt man kontinuierlich, da als Träger ein kontinuierliches periodisches Signal gewählt wird.

Der Vergleich verschiedener Arten kontinuierlicher Modulation ermöglicht es uns, ihre Merkmale zu identifizieren. Bei der Amplitudenmodulation ist die Spektrumsbreite des modulierten Signals in der Regel deutlich kleiner als bei der Winkelmodulation (Frequenz und Phase). Dadurch entsteht eine Einsparung im Frequenzspektrum: Für amplitudenmodulierte Signale kann bei der Übertragung ein schmaleres Frequenzband zugewiesen werden. Wie später gezeigt wird, ist dies besonders wichtig beim Aufbau von Mehrkanal-Übertragungssystemen.

Pulsmodulation

Als Träger wird häufig eine periodische Folge relativ schmaler Impulse verwendet. Eine Folge von Rechteckimpulsen gleichen Vorzeichens wird durch folgende Parameter charakterisiert (Abb. 6.8): Impulsamplitude V; Dauer (Breite) der Impulse; Wiederholungsfrequenz (oder Taktfrequenz), wobei T die Impulswiederholungsperiode () ist; Position (Phase) der Impulse relativ zu Taktpunkten (Referenzpunkten). Das Verhältnis wird als Tastverhältnis bezeichnet.

Gemäß der Gesetzmäßigkeit des übertragenen Primärsignals kann jeder der aufgeführten Parameter der Pulssequenz verändert (moduliert) werden. In diesem Fall wird die Modulation als Puls bezeichnet.

Je nachdem, welcher Parameter durch das Primärsignal s(t) moduliert wird, gibt es: Pulsamplitudenmodulation (APM), wenn sich nach dem Gesetz des übertragenen Signals (Abb. 6.8, a) die Amplitude der Impulse ändert ( siehe Abb. 6.8, b); Pulsweitenmodulation (PWM), wenn sich die Pulsweite ändert (Abb. 6.8, c); Pulsfrequenzmodulation (PFM) – die Pulswiederholungsrate ändert sich (siehe Abb. 6.8, d); Pulsphasenmodulation (PPM) – die Phase der Pulse ändert sich, d.h. Zeitposition relativ zu den Uhrzeitpunkten (siehe Abb. 6.8, d).

PPM- und PFM-Modulation werden zur Puls-Zeit-Modulation (TPM) kombiniert. Zwischen ihnen besteht ein Zusammenhang, ähnlich dem Zusammenhang zwischen Phasen- und Frequenzmodulation einer Sinusschwingung.

Reis. 6.10. AIM-Signalspektrum

Als Beispiel in Abb. Abbildung 6.10 zeigt das Spektrum des AIM-Signals, wenn die Pulssequenz durch ein komplexes Primärsignal s(t) mit einem Frequenzband von 0 bis W moduliert wird. Es enthält das Spektrum des ursprünglichen Signals s(t), alle Harmonischen Taktfrequenz(also Frequenzen usw.) und Seitenbänder um die Harmonischen der Taktfrequenz.

Die Spektren von PWM-, PFM- und PIM-Signalen sehen noch komplexer aus.

Die in Abb. 6.8 werden als Videopulssequenzen bezeichnet. Wenn es das Verbreitungsmedium zulässt, werden Videoimpulse ohne zusätzliche Konvertierungen (z. B. über Kabel) übertragen. Es ist jedoch nicht möglich, Videoimpulse über Funkverbindungen zu übertragen. Anschließend wird das Signal einer zweiten Umwandlungsstufe (Modulation) unterzogen.

Durch Modulation einer harmonischen Trägerschwingung ausreichend hoher Frequenz mit Videoimpulsen erhält man Funkimpulse, die sich über die Luft ausbreiten können. Die als Ergebnis einer Kombination der ersten und zweiten Modulationsstufe erhaltenen Signale können als AIM-AM, PIM-AM, PIM-FM usw. bezeichnet werden.

Ein Vergleich der Pulsmodulationsarten zeigt, dass PIM im Vergleich zu PWM und PIM eine geringere Spektrumsbreite aufweist. Letztere sind jedoch störsicherer. Um die Wahl des Modulationsverfahrens in einem Übertragungssystem zu rechtfertigen, ist es notwendig, diese Verfahren nach verschiedenen Kriterien zu vergleichen: Energiekosten für die Signalübertragung, Störfestigkeit (die Fähigkeit modulierter Signale, den schädlichen Auswirkungen von Störungen standzuhalten), Komplexität der Ausrüstung, usw.

Kontrollfragen

1. Wie ist das Nachrichtenübertragungsgerät aufgebaut?

2. Was ist das Prinzip der Amplitudenmodulation (Frequenz, Phase)?

3. Wie unterscheidet sich die kontinuierliche Modulation von der gepulsten Modulation?

4. Wie wird das ursprüngliche Signal aus dem modulierten wiederhergestellt?

Referenzliste

1. Telekommunikationssysteme: Lehrbuch für Universitäten; Ed. V.P.Shuvalova. – M.: Radio und Kommunikation, 1987. – 512 S.

2. Baskakov S.I. Funktechnische Schaltkreise und Signale: Lehrbuch. – 3. Aufl., überarbeitet. und zusätzlich – M.: Höher. Schule, 2000. – 462 S.

Modulation und ihre Varianten

Modulationsarten

Es gibt zwei Arten von Trägern: harmonische und Impulsträger.

Für einen harmonischen Träger sind drei Modulationsarten möglich: Amplitudenmodulation (AM), Phasenmodulation (PM) und Frequenzmodulation (FM).

Für einen Impulssender sind vier Modulationsarten möglich: Pulsamplituden- oder Pulshöhenmodulation (APM), wenn sich die Pulsamplitude entsprechend dem Gesetz des gesendeten Signals, der Pulsphase oder der Pulszeit (PPM) ändert. , wenn sich die Phase der Pulse ändert, Pulsbreiten- oder Dauermodulation (PWM), wenn sich die Pulsbreite ändert und schließlich entweder Pulsfrequenz (PFM) – die Pulswiederholungsrate ändert sich, oder Pulsintervall (PIM).

PPM- und PFM-Modulation werden zur Puls-Zeit-Modulation (TPM) kombiniert. Zwischen ihnen besteht ein Zusammenhang, ähnlich dem Zusammenhang zwischen Phasen- und Frequenzmodulation einer Sinusschwingung.

Die Spektren von PWM, PFM und PIM sehen komplexer aus als das Spektrum des AIM-Signals.

Die Pulssequenzen AIM, PWM, PFM und PIM werden Videopulssequenzen genannt. Wenn es das Verbreitungsmedium zulässt, werden Videoimpulse ohne zusätzliche Konvertierungen (z. B. über Kabel) übertragen. Es ist jedoch nicht möglich, Videoimpulse über Funkverbindungen zu übertragen. Anschließend wird das Signal einer zweiten Umwandlungsstufe (Modulation) unterzogen.

Durch Modulation einer harmonischen Trägerschwingung ausreichend hoher Frequenz mit Videoimpulsen erhält man Funkimpulse, die sich über die Luft ausbreiten können. Die als Ergebnis einer Kombination der ersten und zweiten Modulationsstufe erhaltenen Signale können als AIM-AM, FIM-AM, FIM-FM usw. bezeichnet werden.

Ein Vergleich der Pulsmodulationsarten zeigt, dass PIM im Vergleich zu PWM und PIM eine geringere Spektrumsbreite aufweist. Letztere sind jedoch störsicherer. Um die Wahl des Modulationsverfahrens in einem Übertragungssystem zu rechtfertigen, ist es notwendig, diese Verfahren nach verschiedenen Kriterien zu vergleichen: Energiekosten für die Signalübertragung, Störfestigkeit (die Fähigkeit modulierter Signale, den schädlichen Auswirkungen von Störungen standzuhalten), Komplexität der Ausrüstung, usw.

Breitenmodulierte (PWM) und phasenmodulierte (PM) Videoimpulse.

Die Auswirkung einer Nachricht auf einen modulierten Parameter kann zu Änderungen anderer Parameter führen. Beispielsweise geht die Frequenzmodulation eines harmonischen Trägers mit einer Änderung der Anfangsphase einher und umgekehrt. Eine gleichzeitige Beeinflussung mehrerer Parameter kann jedoch gezielt erfolgen. In diesem Fall wird die Modulation als gemischt bezeichnet. Beispielsweise sind Amplituden-Frequenz- und Amplituden-Phasen-Modulationen eines harmonischen Trägers möglich.

Bei der Mehrkanalübertragung können unterschiedliche Parameter durch unterschiedliche Nachrichten beeinflusst werden.

Manchmal erfolgt die Modulation in mehreren Stufen: Zuerst moduliert die ursprüngliche Nachricht eine Unterträgerwellenform, dann beeinflusst das modulierte Signal den Hauptträger. Beispiele sind ein FM-AM-System, bei dem die Nachricht a(t) die Frequenz des Hilfsträgers moduliert und dann die FM-Wellenform den Hauptträger in der Amplitude moduliert, AM-FM, PWM-PM usw. Einige mehrstufige Modulationssysteme (z. B. AM-AM, AIM-AM) entsprechen der einstufigen Modulation durch die Nachricht a(t) eines bedingten Trägers, der durch Modulation des Trägers der nächsten Stufe mit formuliert werden kann der Träger der ersten Stufe.

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