МОДУЛЯЦИЯ СИГНАЛОВ

Спектры сигналов

Физические сигналы обычно описываются функциями времени. Однако, при передаче информации с помощью гармонических электромагнитных волн удобно представлять сигналы в частотной области.

Физический смысл спектра заключается в том, что он определяет совокупность гармонических составляющих (с заданными амплитудами и частотами), формирующих заданную форму сигнала во временной области. В общем случае спектр сигналов, ограниченных во времени, бесконечен, т.е. для получения заданной формы сигнала необходимо бесконечно большое число гармоник, однако амплитуды гармоник падают с ростом частоты. Это позволяет ограничить реальный спектр некоторой полосой частот, достаточной для обеспечения воспроизведения сигналов с требуемой точностью.

Без ущерба для разборчивости речи диапазон частот речевого сигнала в телефонных сетях ограничивают полосой 300...3400 Гц.

В морской радиосвязи в соответствии с требованиями Регламента радиосвязи в КВ-диапазоне верхняя частота телефонного сигнала не должна превышать 3000 Гц.

Известно, что в радиовещательном сигнале для удовле­творительного качества его воспроизведения можно верхнюю частоту ограничить 4,5 кГц (а при передаче речи по телефо­ну - даже 3,4 кГц). В этом случае полоса частот, необходи­мая для передачи такого сообщения с помощью AM, составит 9 кГц. Именно она выделяется для организации одно­го радиоканала в диапазонах ДВ, СВ и КВ. Спектр звуковых сигналов, воспринимаемых человеком, содержит гармонические составляющие от 20 Гц до 20000 Гц. Спектр музыкаль­ного сигнала в основном сосредоточен в полосе частот 10 кГц, а при высококачественном воспроизведении - до 15 кГц. Следовательно, при передаче таких сигналов с помощью ам­плитудной модуляции соответствующая полоса частот долж­на составлять 20 и 30 кГц.

 

Модуляцией называется процесс изменения одного или нескольких параметров несущего вы­сокочастотного колебания в соответствии с изменением пара­метров передаваемого сигнала.

Ток низких частот свободно распространяется по проводникам (физическим проводам), но излучение и прием электромагнитных волн на этих частотах чрезвычайно затруднен. Для передачи сигналов на большие расстояния с помощью электромагнитных волн необходимо перенести спектр низкочастотного сигнала в область высоких частот (радиочастот). Этот перенос спектра называют модуляцией, которая осуществляется с помощью модулятора. В качестве несущего обычно используется гармоническое колебание, которое характери­зуется тремя параметрами - амплитудой, частотой и фазой.

Суть модуляции заключается в том, что один из параметров высокочастотного гармонического колебания (его называют несущим колебанием, а частоту – несущей частотой) изменяется по закону низкочастотного (управляющего) сигнала, содержащего передаваемое сообщение.

Если пропорционально передаваемому сигналу изменяется амплитуда, то результирующий сигнал называется амплитудно-модулированным (AM), если частота - час­тотно-модулированным (ЧМ), если фаза - то фазомодулированным (ФМ).

Причем в рассматриваемых случаях при изменении лю­бого из указанных параметров два других остаются неизмен­ными. Частотная модуляция тесно связана с фазовой, так как частота колебания — это скорость изменения его фазы, поэто­му вместо ФМ обычно используют фазовую манипуляцию, при которой фаза сигнала изменяется скачками на 180° .