1.2.1.1. Модуляция и демодуляция сигнала

Модуляция - изменение информативных параметров некоторых первичных физических процессов (сигналов), рассматриваемых как носители информации, в соответствии с передаваемой (включаемой и сигнал) информацией.

Виды модуляции связаны с типом сигнала-носителя:

1. сигнал-носитель – фиксированный уровень, например, значение напряжения (рис. 1.5). В этом случае возможна только прямая модуляция, при которой изменение уровня напряжения означает передачу того или иного сигнала.

U(t)

U_н

t

Рис. 1.5. Сигнал-носитель – фиксированный уровень

(t– время,U_н - нормальный уровень напряжения)

Пример 7. Выполнить прямую модуляцию дискретного сигнала 0110₂.

Зададимся следующими модификациями напряжения U_н для передачи двоичной цифры: при уменьшении нормального уровня напряжения на U_м передается двоичный 0, при увеличении нормального уровня на ту же величину передается двоичная 1. Для кодирования повторений цифр зададимся дискретой времени t, в течение которой передается одна цифра. Тогда получим результат, показанный на рис. 1.6.

U(t)

U_м

U_н

U_м

ttttt

Рис. 1.6. Прямая модуляция для сигнала 0110₂

2. сигнал-носитель – колебания (рис. 1.7). Этот вид сигнала характеризуется тремя информационными параметрами – амплитудой (имеет величину U_нна рис. 1.7), частотой (1/(2t) на рис. 1.7) и фазой, поэтому возможны три вида модуляции:

• амплитудная. Изменение амплитуды означает передачу того или иного сигнала.

U(t)

U_н

ttttt

Рис. 1.7. Сигнал-носитель – колебания

Пример 8. Выполнить амплитудную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂, если сигналом-носителем является сигнал рис. 1.7.

Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды на величину U_м означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1.

Тогда получим результат, показанный на рис. 1.8.

U(t)

U_мU_н

U_м

t

Рис. 1.8. Амплитудная модуляция для сигнала 0110₂

• частотная. Изменение частоты колебаний передает дискретный сигнал.

Пример 9. Выполнить частотную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 1.7.

Пусть увеличение колебаний в период времени T = 2t в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.9.

U(t)

U_н

t

TTTT

Рис. 1.9. Частотная модуляция для сигнала 0110₂

• фазовая. Смена фазы передает дискретный сигнал.

Пример 10. Выполнить фазовую модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 1.7.

Пусть сдвиг по фазе на 90 означает передачу двоичной 1, отсутствие сдвига – двоичного 0. Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.10.

U(t)

U_н

t

Рис. 1.10. Фазовая модуляция для сигнала 0110₂

3. сигнал-носитель – импульсы (рис. 1.11).

U(t)

U_н

t

T T T

Рис. 1.11. Сигнал-носитель – импульсы

Аналогично колебаниям этот вид сигнала позволяет выполнять три вида модуляции:

• амплитудно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением амплитуды импульсов.

Пример 11. Выполнить амплитудно-импульсную модуляцию для дискретного сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 1.11.

Зададимся модификациями амплитуды базового сигнала-носителя: пусть уменьшение амплитуды импульса на величину U_м означает передачу двоичного 0, а увеличение на ту же величину – передачу двоичной 1. Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.12.

U(t)

U_мU_н

U_м

t

TTTT

Рис. 1.12. Амплитудно-импульсная модуляция для сигнала 0110₂

• частотно-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением частоты импульсов.

Пример 12. Выполнить частотно-импульсную модуляцию для сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 1.11.

Пусть увеличение частоты импульсов в период времени T в 2 раза означает передачу двоичного 0, а увеличение в 3 раза – двоичной 1.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.13.

U(t)

U_н

t

TTTT

Рис. 1.13. Частотно-импульсная модуляция для сигнала 0110₂

• время-импульсная. Передача дискретного сигнала связана с изменением продолжительности импульса .

Пример 13. Выполнить время-импульсную модуляцию для сигнала 0110₂. Сигнал-носитель представлен на рис. 1.11.

Пусть увеличение продолжительности импульса на время  означает передачу двоичной 1, а уменьшение на ту же величину – передачу двоичного 0.

Тогда результат модуляции представлен на рис. 1.14.

U(t)

U_н

-++-

Рис. 1.14. Время-импульсная модуляция для сигнала 0110₂

Демодуляция – восстановление величин, вызвавших изменение параметров носителей при модуляции. Выполняется на принимающей стороне при известных условиях модуляции на передающей стороне.