ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЁМ Презентацию подготовил студент

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЁМ. Презентацию подготовил студент 688 группы Ковлер Артур

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ • Частотная модуляция (ЧМ) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ • Частотная модуляция наиболее популярна, так как имеется возможность передавать аналоговые звуковые сигналы с высоким качеством. Отличается высокой помехозащищенностью, устойчива к индустриальным и различным атмосферным помехам. Приемник с частотным детектором регистрирует только изменение частоты принятого сигнала, совершенно не реагируя на паразитную амплитудную модуляцию. • При частотной модуляции меньше помех, но радиостанции приходится работать в УКВ-диапазоне.

Амплитудная модуляция • Амплиту дная модуляция — вид модуляции, при которой изменяемым параметром несущего сигнала является его амплитуда • Амплитудная модуляция по качеству передаваемой информации заметно уступает частотной. Подвержена электромагнитным помехам. Входной звуковой сигнал воздействует на амплитуду несущей частоты передатчика.

Фазовая модуляция • один из видов модуляции колебаний, при которой фаза несущего колебания управляется информационным сигналом. Фазомодулированный сигнал имеет следующий вид: • , где — огибающая сигнала; является модулирующим сигналом; — частота несущего сигнала; t — время.

Фазовая модуляция • По характеристикам фазовая модуляция близка к частотной модуляции. В случае синусоидального модулирующего (информационного) сигнала, результаты частотной и фазовой модуляции совпадают.

Однополосная модуляция с подавленной несущей • Однополосную модуляцию можно сравнить как с амплитудной, так и с частотной, потому что выходная несущая частота содержит и те, и другие признаки. Она состоит из суммы и разности частот входного и модулирующего сигнала. Чтобы избежать взаимного влияния этой суммы и разности, в передатчике, равно как и в приемнике, используется однополосный фильтр промежуточной частоты. Как правило, он настроен либо на верхнюю, либо на нижнюю боковую полосу.

Однополосная модуляция с подавленной несущей • Сигнал с однополосной модуляцией занимает в радиоэфире полосу частот вдвое уже, чем амплитудно -модулированный, что позволяет более эффективно использовать частотный ресурс и повысить дальность связи. Кроме того, когда на близких частотах работают несколько станций с ОМ, они не создают другу помех в виде биений, что происходит применении амплитудной модуляции с неподавленной несущей частотой. Недостатком метода являются относительная сложность аппаратуры и повышенные требования к частотной точности и стабильности.

Квадратурная амплитудная модуляция • При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ, QAM – Quadrature Amplitude Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда несущего сигнала. Это позволяет увеличить количество кодируемых в единицу времени бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость их передачи по каналу связи. В настоящее время число кодируемых информационных бит на одном интервале может достигать 8 -9, а число позиций сигнала (возможных комбинаций единиц и нулей) в сигнальном пространстве – 256… 512.

Квадратурная амплитудная модуляция • Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным средством их описания. Квадратурное представление заключается в выражении колебания линейной комбинацией двух ортогональных составляющих – синусоидальной и косинусоидальной: • где x(t) и y(t) – биполярные дискретные величины.

Амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей • Амплитудно-фазовая модуляция с подавлением несущей (CAP – Carrier less Amplitude Phase modulation) является одним из наиболее широко используемых на цифровых абонентских или DSL (Digital Subscriber Line) линиях способов модуляции. САР-модуляция представляет собой одну из разновидностей КАМ. Ее особенность заключается в специальной обработке модулированного информационного сигнала перед отправкой в линию. В процессе этой обработки из спектра модулированного сигнала исключается неинформативная составляющая, соответствующая сигналу несущей частоты. Такие манипуляции со спектром выполняются для обеспечения большей энергетики сигнала и уменьшения уровня перекрестных помех у сигналов, которые передаются одновременно по одной линии связи.

Многочастотный способ модуляции • Многочастотный способ модуляции (DMT – Discrete Multi Tone) в настоящее время является одним из основных методов модуляции, используемых в наиболее перспективных технологиях x. DSL – ADSL и VDSL. В DMT в отличие от САР используется целый набор несущих частот, количество которых определяется числом каналов в полосе частот, занимаемой спектром DMT-сигнала. В большинстве случаев в полосе частот, занимаемой сигналом DMT, размещается 256 частотных каналов. Каждый из этих каналов имеет ширину 4, 3 к. Гц и служит для организации независимой передачи данных.

Задача оптимального приёма • Обеспечение помехоустойчивости одна из важнейших радиотехнических задач. Помехи возникают как в среде, через которую передается сигнал, так и в устройствах преобразующих сигнал. Целью теории является получение математического выражения, описывающего такие преобразования входного воздействия, чтобы выделение полезного сообщения из смеси, образованной сигналом и шумом осуществлялось наилучшим образом. Нахождение такого алгоритма принципиально решает задачу синтеза оптимального приемного устройства. Это направление радиотехники получило название теории оптимальных методов радиоприема. • Техническая сторона заключается в проектировании устройства, обеспечивающего наилучший прием полезного сообщения.

Квадратурный приём • При приеме сигналов со сложными видами модуляции важен точный прием не только амплитудной, но и фазовой составляющей сигнала. • Для того чтобы не потерять фазу принимаемого сигнала, из сигнала с выхода цифрового фильтра основной избирательности выделяется его синфазная и квадратурная составляющие. Для этого сигнал умножается на тригонометрические функции sin(wпрt) и cos(wпрt). На выходе умножителя на синусоидальную функцию формируется сигнал, описываемый следующей формулой:

Квадратурный приём После пропускания этого сигнала через цифровой фильтр низкой частоты на его выходе остается сигнал квадратурной составляющей входного сигнала.

Квадратурный приём • На выходе умножителя на косинусоидальную функцию формируется сигнал, описываемый следующей формулой: • Этот сигнал тоже пропускается через фильтр низких частот с точно такой же частотной характеристикой. На выходе этого фильтра остается сигнал синфазной составляющей входного сигнала.

Структурная схема квадратурного демодулятора.

Корреляционный приём • Корреляционный приемник обнаруживает и идентифицирует сигнал, сравнивая его с опорным сигналом. Сравнение осуществляется вычислением коэффициента взаимной корреляции r принятого s(t) и опорного sоп(t) сигналов за время передачи одного символа Тs: Es –энергия сигнала, соответствующего одному символу.

Корреляционный приём • В общем случае коэффициент корреляции может принимать значения от +1 при идентичных сигналах до -1 при противоположных (антиподных) сигналах. Сигналы, для которых r = 0, называются ортогональными. Примеры противоположных сигналов s 1(t), s 2(t):

• В качестве опорного сигнала достаточно взять один из этих сигналов, например, s 1(t). При приеме сигнала s 1(t) или s 2(t) на выходе корреляционного приемника будет получен сигнал положительной или отрицательной полярности соответственно.

• На рисунке дан пример ортогональных, на интервале Тs, сигналов разных частот s 1(t), s 2(t), представляющих « 1» и « 0» . • Для определения принятого символа в корреляционном приемнике необходимы два опорных сигнала, являющихся копиями сигналов s 1(t) и s 2(t). Среднее, на интервале Тs, значение сигнала s 1(t)s 2(t) равно нулю, среднее значение сигнала s 2(t), как и s 1(t), положительно. Чтобы сигналы разных частот были ортогональны, необходимо определенное соотношение между значениями разности частот и длительностью символа – временем интегрирования.

Согласованная фильтрация • Пусть форма обрабатываемого сигнала заранее известна, и нам нужно определить лишь факт присутствия сигнала на фоне шумов. В этом случае фильтр должен вместо сохранения формы сигнала обеспечить его максимальный (по сравнению с шумом) уровень на выходе. Критерием качества обработки в данном случае может служить отношение сигнал/шум, определяемое как: • С/Ш = , где - дисперсия помехи • Согласованная фильтрация нашла широкое применение в радиолокации, поскольку фильтр можно настроить на заранее известный тип принимаемого сигнала.

Неопределенность сигнала • Относительное движение создает весьма значительные сдвиги частоты несущей сигналов в линиях связи, в результате чего образуется некоторый диапазон неопределенности по частоте сигнала несущей или, проще говоря, частотную неопределенность.

Функция неопределённости

Синхронизация • Синхронизация - это процесс установления и поддержания синхронного состояния. В системах связи одна последовательность событий происходит в передатчике, а другая – в приемнике. Они сдвинуты на постоянное время – время распространения сигнала от передатчике к приемнику. Их принято считать синхронными, если одноименные события в них происходят в одинаковом порядке через равные интервалы времени. • При передаче дискретных сообщений, сигналы – это последовательность единичных элементов определенной длинны. Поэтому необходима синхронизация отсчетов времени в передатчике и приемнике.

Синхронизация • Очень часто отсчеты времени называют тактами, а синхронизацию – тактовой. На приемной стороне переданное сообщение восстанавливается путем обработки каждого элемента решающим устройством. Синхронизированная последовательность отсчетов времени, тактовых импульсов, из которых формируются импульсы РУ должна находиться в определенном фазовом соотношении с принимаемым сообщением. • Задача систем синхронизации – вырабатывать опорный сигнал, один или несколько параметров которого совпадают с соответствующими параметрами принимаемого сигнала.