Контрольні питання до розділу 4

1. Дайте визначення аналогової модуляції. Що використовується в якості переносника в процесі аналогової модуляції?

2. Дайте визначення амплітудної модуляції, наведіть необхідні математичні вирази. Які спектральні складові має сигнал АМ? Як визначити ширину спектра сигналу АМ?

3. Поясніть, чому використання сигналів АМ є неефективним?

4. З яких міркувань з'явилися сигнали балансної модуляції? Наведіть математичний опис сигналів БМ. Як визначити ширину спектра сигналу БМ?

5. З яких міркувань з'явилися сигнали односмугової модуляції? Наведіть математичний опис сигналів ОМ. Як визначити ширину спектра сигналу ОМ?

6. Дайте визначення сигналу частотної модуляції. Яким чином зміни миттєвої частоти смугового сигналу впливають на приріст його фази? Запишіть математичний вираз сигналу ЧМ.

7. Дайте визначення сигналу фазової модуляції. Запишіть математичний вираз сигналу ФМ. Яким чином прирости фази смугового сигналу впливають на його миттєву частоту? Як разом називають сигнали ЧМ і ФМ?

8. Як здійснюють аналіз спектра сигналів ЧМ і ФМ? Що визначає амплітуди спектральних складових сигналів ЧМ і ФМ при однотональній модуляції?

9. Дайте визначення девіації частоти і девіації фази. Поясніть як ці параметри впливають на ширину спектра модульованих сигналів.

10. Що є визначальним при побудові сучасних схем модуляторів?

11. Наведіть математичні вирази і схеми модуляторів сигналів АМ і БМ.

12. Наведіть математичний вираз сигналу ОМ та поясніть можливі способи формування сигналу ОМ.

13. Наведіть математичні вирази і схеми модуляторів сигналів ЧМ і ФМ.

14. Дайте визначення процесу детектування.

15. Яким чином здійснюють амплітудне детектування? Наведіть відповідні схеми та поясніть принцип їх функціонування.

16. Яким чином здійснюють детектування кутових видів модуляції? Наведіть відповідні схеми та поясніть принцип їх функціонування.

5 Сигнали цифрових видів модуляції

5.1 Загальні відомості про цифрову модуляцію

Модуляція називається цифровою, якщо модулюючим сигналом є цифровий сигнал. Цифровий сигнал(ЦС)–це послідовність цифрових символів, які належать певному алфавіту. Кожний із символів займає фіксований інтервал часу – така послідовність символів називається синхронною. Як правило,символи двійкові, і позначаються 1 і 0, їх називають бітами, і надходять вони через інтервал Т_б.Надалі будемо вважати, що ЦС, якщо це спеціально не застережено (тобто за замовчуванням), двійковий.ЦС з’являється в результаті кодування знаків дискретних повідомлень або відліків неперервних повідомлень. ЦС можна представити, записуючи послідовність, наприклад, 10110..., і вказуючи значенняТ_б.Основною характеристикою ЦС є швидкість сигналу або бітова швидкістьR= 1/Т_б, біт/с.

Укінцевому обладнанні систем зв’язку, виконаному на логічних мікросхемах або процесорах, цифрові сигнали мають вигляд послідовності П-імпульсів. Приклад такого сигналу наведено на рис. 5.1. Цей сигнал дворівневий: більш високий рівень відповідає символу 1, а більш низький – 0. Можна вважати, що носієм інформації є П-імпульс, а інформація відображена в амплітуді імпульсу, що набуває значеньай 0. Величезний арсенал логічних мікросхем і процесорів розрахований на роботу саме з такими сигналами.

Для передавання цифрових сигналів каналами зв’язку використовуються методи цифрової модуляції, в основному, з послідовним передаваннямй, рідше, зпаралельно-послідовним передаванням.

Розглянемо послідовне передавання. Модульований сигнал для передавання каналом зв’язку формується із сигналівs_i(t), що належать ансамблю канальних символів {s_i(t)},i = 0, 1, ...,М– 1, деМ– число канальних символів (М2), які по черзі передаються.

При формуванні модульованого сигналу з послідовним передаванням послідовність двійкових символів (модулюючий ЦС) розбивається на блоки зn= log₂Mбіт.Кожному такому блоку(кількість можливих різних блоківМ= 2ⁿ) ставиться у відповідність канальний символs_i(t).Тривалістьnбіт становитьтактовий інтервалТ=Т_бlog₂M.Отримана послідовність канальних символів, що надходять через час Т, й утворює модульований сигнал

(5.1)

де –і-й канальний символ, що передається наk-му тактовому інтервалі.

На рис. 5.2 схематично показано перехід від ЦС до модульованого сигналу (n= 4,М= 16). На графікуs(t) уздовж осі часу показані інтервали тривалістюТ, на яких передаються канальні символиs₁₁(t),s₁(t),s₃(t),s₆(t), ... . З рис. 5.2 видносуть цифрової модуляції–це відображення блоків біт в імпульси-переносники (канальні символи).

Якщо М= 2, то сигналs(t) –двійковий; якщоМ2, то сигналs(t) –багатопозиційнийабобагаторівневий.

Припаралельно-послідовному передаванніканалом зв’язку одночасно передаються декілька модульованих сигналів з послідовним передаванням, що розглянуте вище. Детально це питання розглядається в п. 5.7.

Нижче, якщо це не застережено, розглядається послідовне передавання.

Тактовий інтервал Тє одним з основних параметрів, які характеризують передавання ЦС каналом зв'язку. Зворотна величина називаєтьсятактовою частотою f_т= 1/Т, Гц, а такожшвидкістю модуляціїВ = 1/Т, Бод абосимвольною швидкістю(розмірність симв/с).

До основних параметрів також відноситься ширина спектра модульованого сигналу. Воназалежить від швидкості ЦС R і ансамблю канальних символів{s_i(t)} (широко поширені ансамблі будуть наведені далі). Задача вибору методу цифрової модуляції зводиться до вибору ансамблю канальних символів. Виходячи з простоти схем формування модульованих сигналів та схем оброблення сигналів під час демодуляції, нині у якості канальних символів, в основному, використовуються такі імпульси:

– для отримання низькочастотних модульованих сигналів

; (5.2)

– для отримання смугових модульованих сигналів

(5.3)

або

, (5.4)

де a_i,a_ci,a_si–коефіцієнти, що відображають біти, які передаються і-м канальним символом;

А(t) – функція, що відображає форму імпульсу;

f₀– частота радіоімпульсу.

Вправа 5.1.Визначте символьну швидкість модульованого сигналу, якщо число рівнів сигналу становить 64, а швидкість цифрового сигналу – 1 Мбіт/с.

Вправа 5.2.Визначте необхідне число рівнів модульованого сигналу, якщо швидкість цифрового сигналу дорівнює 256 кбіт/с, а передавання необхідно вести с символьною швидкістю 64 симв/с.