Глава 2. Модуляция

2.1. Принципы передачи сигналов электросвязи

Перенос сигнала из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Электрический сигнал является, по сути, формой представления сообщения для передачи его системой электросвязи

Источник сообщения (рис. 2.1) формирует сообщение a{t), которое с помощью специальных устройств преобразуется в электрический сигнал s{t). При передаче речи такое преобразование выполняет микрофон, при передаче изображения - электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы - передающая часть телеграфного аппарата.

Чтобы передать сигнал в системе электросвязи, нужно воспользоваться каким-либо переносчиком. В качестве переносчика естественно использовать те материальные объекты, которые имеют свойство перемещаться в пространстве, например, электромагнитное поле в проводах (проводная связь), в открытом пространстве (радиосвязь), световой луч (оптическая связь). На рис. 2.2 показано использование шкалы частот и волн различных типов для различных видов связи.

Таким образом, в пункте передачи (рис. 2.1) первичный сигнал s{t) необходимо преобразовать в сигнал v(t), удобный для его передачи по соответствующей среде распространения. В пункте приема выполняется обратное преобразование. В отдельных случаях (например, когда средой распространения является пара физических проводов, как в городской телефонной связи) указанное преобразование сигнала может отсутствовать.

Доставленный в пункт приема сигнал должен быть снова преобразован в сообщение (например, с помощью телефона или громкоговорителя при передаче речи, электронно-лучевой трубки при передаче изображения, приемной части телеграфного аппарата при передаче телеграммы) и затем передан получателю.

От источника сооб-~* щения

Среда

распрост- - преобра-ранения e сигнала

Обратное

Преобразование сигнала в сообщение

к получателю сообщения

Рис. 2.1. Система электросвязи

Лучи л

Переменный ток

Радиоволны

видимые

инфра- N красные

ультра-

фиоле- рентге-товые I новские

10 10 10 10 10 10 10 108 -0? аоЮЮЮЮЮЮЮбюЮЮЮо

-I I-1 Частота, Гц

I I I I I I

Проводное Радио- Радиоре-вещание связь лейная связь

Оптическая связь

Проводная (кабельная) Спутниковая связь связь

Рис. 2.2. Использование шкалы частот в электросвязи

Передача информации всегда сопровождается неизбежным действием помех и искажений. Это приводит к тому, что сигнал на выходе системы электросвязи s(f) и принятое сообщение a(f) могут в какой-то мере отличаться от сигнала на входе sit) и переданного сообщения ait). Степень соответствия принятого сообщения переданному называют верностью передачи информации.

Для различных сообщений качество их передачи оценивается по-разному. Принятое телефонное сообщение должно быть достаточно разборчивым, абонент должен быть узнаваемым. Для телевизионного сообщения существует стандарт (хорошо известная всем телезрителям таблица на экране телевизора), по которому оценивается качество принятого изображения.

Количественной оценкой верности передачи дискретных сообщений служит отношение числа ошибочно принятых элементов сообщения к числу переданных элементов - частота ошибок (или коэффициент ошибок).

2.2. Амплитудная модуляция

Обычно в качестве переносчика используют гармоническое колебание высокой частоты - несущее колебание. Процесс преобразования первичного сигнала заключается в изменении одного или нескольких параметров несущего колебания по закону изменения первичного сигнала (т.е. в наделении несущего колебания признаками первичного сигнала) и называется модуляцией.

Запишем гармоническое колебание, выбранное в качестве несущего, в следующем виде:

Vait) = Vcos{(ut + (p).

(2.1)

Это колебание полностью характеризуется тремя параметрами: амплитудой V, частотой со и начальной фазой ф. Модуляцию можно осуществить изменением любого из трех параметров по закону передаваемого сигнала.

Изменение во времени амплитуды несущего колебания пропорционально первичному сигналу s(t), т.е. V(t) = V + k/fjs(t), где /Сд, -коэффициент пропорциональности, называется амплитудной модуляцией (AM).

Несущее колебание (2.1) с модулированной по закону первичного сигнала амплитудой равно: = V(f)cos(CL)f-нф). Если в качестве первичного сигнала использовать то же гармоническое колебание (но с более низкой частотой Q) s(t) = ScosQt, то модулированное колебание запишется в виде (для упрощения взято ф = 0): Vit) = (V + +k/fjScosQt)cos(iit.

Вынесем за скобки Vv\ обозначим AV = /Сд и Мд, = AV/V. Тогда

S О -5

Рис. 2.3. Передаваемый сигнал (а), несущее колебание (б) и модулированный сигнал (в)

9999999