Modulace je proces zvyšování a zvyšování frekvence a síly signálu zprávy. Je to proces, který překrývá původní signál a spojitý vysokofrekvenční signál. v Amplitudová modulace (AM), amplituda nosné vlny se mění se signálem zprávy. Proces AM je znázorněn na obrázku níže:

Například,

Zvukový signál

Zvukové signály jsou signály s vysokým šumem. Přenášet takové signály na velké vzdálenosti není snadné. Proto je pro úspěšný přenos nezbytná modulace audio signálů. AM modulace je proces, ve kterém je signál zprávy superponován na rádiové vlně jako nosný signál. Je kombinován s rádiovou nosnou vlnou o vysoké amplitudě, která zvyšuje velikost zvukového signálu.

Podobně, Frekvenční modulace (FM) se zabývá změnou frekvence nosného signálu a Fázová modulace (PM) se zabývá fázovou změnou nosného signálu.

Pojďme nejprve diskutovat o analogu a souvisejících termínech.

Pojďme nejprve diskutovat o analogu a souvisejících termínech.

Analogový se vztahuje na plynulé změny v čase. Analogovou komunikaci a analogový signál můžeme definovat jako: An analogová komunikace je komunikace, která se neustále mění v čase. Bylo objeveno před digitální komunikací. Vyžaduje menší šířku pásma pro přenos s nízkonákladovými komponenty. An analogový signál je signál, který se neustále mění s časem. Příklady analogového signálu zahrnují sinusové vlny a obdélníkové vlny.

Níže je uveden jednoduchý analogový signál:

Zde budeme diskutovat o následujícím:

Co je modulace?

Typy amplitudové modulace

Historie amplitudové modulace

Potřeba modulace

Frekvenční překlad AM

Modulační index

Efektivita AM

java znak na celé číslo

Výhody a nevýhody amplitudové modulace

Aplikace amplitudové modulace

Číselné příklady

Co je modulace?

Když je signál zprávy superponován na nosný signál, je znám jako modulace . Signál zprávy je superponován na horní část nosné vlny. Zde superponovaný znamená umístění signálu na druhý signál. Výsledný signál má zlepšenou frekvenci a sílu.

Překlad signálu je vyžadován na konci vysílače pro analogové i digitální signály. Překlad se provádí předtím, než je signál přenesen na kanál pro přenos do přijímače.

Signál zprávy

Původní signál, který obsahuje zprávu, která má být přenesena do přijímače, se nazývá signál zprávy.

Nosný signál

Nosný signál je signál s konstantní frekvencí, která je obecně vysoká. Vlny nosného signálu nevyžadují k šíření médium.

Signál v základním pásmu

Signál zprávy, který představuje pásmo frekvencí, je známý jako signál v základním pásmu. Rozsah signálů v základním pásmu je od 0 Hz do mezní frekvence. Nazývá se také nemodulovaný signál nebo nízkofrekvenční signál.

Analogový signál je výstup světelné/zvukové vlny převedený na elektrický signál.

Signál propustného pásma

Je centrován na frekvenci vyšší, než je maximální složka signálu zprávy.

Příklad

Podívejme se na příklad řečový signál . Je to typ zvukového signálu.

Řečový signál má nižší frekvence základního pásma v rozsahu 0,3 až 3,4 kHz. Pokud chtějí dvě osoby komunikovat na stejném kanálu, frekvence základního pásma budou rušit. Je to proto, že nižší frekvence nemohou povolit dvě frekvence základního pásma na stejném kanálu. Proto se u řečového signálu používá vysokofrekvenční nosná až 8 kHz. Zvyšuje frekvenční rozsah řečového signálu. Umožňuje dvěma osobám komunikovat na stejném kanálu bez jakéhokoli rušení.

Potřeba modulace

Komunikační systém odesílá data z vysílače do přijímače. Data jsou zpracována a urazí více než stovky kilometrů, než se dostanou k přijímači. Šum při přenosu může ovlivnit tvar komunikujícího signálu. Dále zavádí přijímané informace snížením frekvence a síly signálu. Je vyžadován proces, který zvýší frekvenci a sílu signálu. Proces v komunikaci je známý jako modulace .

Při komunikaci je nezbytné přenášet signál z jednoho místa na druhé. Zde je původní signál nahrazen novým, přičemž se jeho frekvence zvýší z f1 - f2 na f1' - f2'. Je přítomen v obnovitelné formě na přijímací straně. Požadavek modulace je založen na následujících faktorech:

1. Frekvenční multiplexování
2. Antény
3. Úzké pruhování
4. Běžné zpracování

Frekvenční multiplexování

Multiplexování se týká překladu více signálů na stejném kanálu. Předpokládejme, že máme tři signály přenášené jedním komunikačním kanálem bez ovlivnění kvality signálu a dat. Znamená to, že signály by měly být na přijímací straně rozlišitelné a obnovitelné. To lze provést převodem tří signálů na různých frekvencích. Zabraňuje křížení více signálů.

Frekvenční rozsah tří signálů nechť je -f1 až f1, -f2 až f2 a -f3 až f3. Signály jsou mezi nimi odděleny strážcem, jak je znázorněno níže:

Pokud se zvolené frekvence těchto signálů nepřekrývají, lze to na přijímací straně snadno obnovit pomocí vhodných pásmových filtrů.

Antény

Antény vysílají a přijímají signály ve volném prostoru. Délka antény se volí podle vlnové délky vysílaného signálu.

Zužování

Signál je přenášen ve volném prostoru pomocí antény. Předpokládejme, že frekvenční rozsah je od 50 do 10⁴Hz. Poměr nejvyšší k nejnižší frekvenci bude 10⁴/50 nebo 200. Délka antény při tomto poměru bude příliš dlouhá na jednom konci a příliš krátká na druhém konci. Není vhodný pro přenos. Zvukový signál je tedy přeložen do rozsahu (10⁶+ 50) až (10⁶+ 10⁴). Poměr nyní bude kolem 1,01. Je známá jako úzkopásmové .

Proces překladu lze tedy v závislosti na požadavcích změnit na úzkopásmový nebo širokopásmový.

Běžné zpracování

Někdy potřebujeme zpracovat spektrální frekvenční rozsah různých signálů. Pokud existuje velké množství signálů, je lepší pracovat v určitém pevném frekvenčním rozsahu, než zpracovávat frekvenční rozsah každého signálu.

Například,

Superheteroynový přijímač

Zde je společný blok zpracování naladěn na jinou frekvenci pomocí lokálního oscilátoru.

Typy amplitudové modulace

Typy modulace jsou určeny ŽE (Mezinárodní telekomunikační unie). Existují tři typy amplitudové modulace, které jsou následující:

konečný automat

• Modulace s jedním postranním pásmem
• Modulace s dvojitým postranním pásmem
• Modulace zbytkového postranního pásma

Původní název AM byl DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), protože postranní pásma se mohou objevit na obou stranách nosné frekvence.

Single Sideband Modulation (SSB)

SSB AM je standardní metoda pro vytváření postranních pásem pouze na jedné straně nosné frekvence. Amplitudová modulace může vytvářet postranní pásma na obou stranách nosné frekvence. V SSB používá pásmové filtry k vyřazení jednoho postranního pásma. Proces modulace SSB zlepšuje využití šířky pásma a celkový vysílací výkon přenosového média.

Potlačená modulace nosiče s dvojitým postranním pásmem (DSB-SCB)

Double znamená dvě postranní pásma. Frekvence produkované AM v DSB jsou symetrické podle nosné frekvence. DSB je dále kategorizován jako DSB-SC a DSB-C . Modulace DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) neobsahuje žádné nosné pásmo, díky čemuž je její účinnost také maximální oproti jiným typům modulace. Nosná část v DSB-SC je odstraněna z výstupní komponenty. DSB-C (Double Sideband with Carrier) se skládá z nosné vlny. Výstup produkovaný DSB-C má nosnou v kombinaci se zprávou a nosnou složkou.

Modulace zbytkového postranního pásma (VSB)

Některé informace jsou SSB a DSB se může ztratit. Proto se VSB používá k překonání nevýhod těchto dvou typů AM. Vestige znamená část signálu. Ve VSB je část signálu modulována.

Tyto tři typy AM podrobně probereme později v tutoriálu.

Historie amplitudové modulace

• V roce 1831 anglický vědec Michael Faraday objevil elektromagnetické pole
• V roce 1873 popsal matematik a vědec James C Maxwell šíření EM vln.
• V roce 1875 objevil telefon A Graham Bell.
• V roce 1887 německý fyzik H Hertz objevil existenci rádiových vln.
• V roce 1901 jmenoval kanadský inženýr R Fessenden přeložil první amplitudově modulovaný signál.
• R Fessenden to objevil pomocí jiskřiště, které vysílá signál pomocí elektrické jiskry.
• Praktická realizace AM začala v letech 1900 až 1920 prostřednictvím radiotelefonního přenosu. Jednalo se o komunikaci pomocí zvukového nebo řečového signálu.
• První kontinuální Am vysílač byl vyvinut kolem roku 1906 - 1910.
• V roce 1915 americký teoretik J R Carson zahájila matematickou analýzu amplitudové modulace. Ukázal, že pro přenos audio signálu stačí jediné pásmo.
• Dne 1. prosince 1915 patentoval JR Carson SSB (Single Sideband) Modulace.
• Rádiové AM vysílání se stalo populární po vynálezu elektronky kolem roku 1920.

Frekvenční překlad amplitudové modulace

Signál se přenáší jeho vynásobením pomocným sinusovým signálem. Je dáno:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

Kde,

Am je konstanta amplitudy

Fm je modulační frekvence

Fm = ω_m/2p

Spektrální obrazec bude oboustranný amplitudový obrazec. Skládá se ze dvou řádků, z nichž každý má amplitudu Am/2, jak je znázorněno níže:

Nachází se ve frekvenčním rozsahu od f = fm do f = -fm.

Nechť pomocný sinusový signál je Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Vynásobením dvojitého spektrálního vzoru pomocným signálem získáme:

Vm(t). Vc(t) = A_mcosω_mt x A_Ccosω_Ct

Vm(t). Vc(t) = A_mA_Ccosω_mt cosω_Ct

Nyní existují čtyři spektrální složky, jak je uvedeno výše.

To znamená, že spektrální obrazec má nyní dva sinusové průběhy o frekvenci Fc + Fm a Fc - Fm. Amplituda před násobením byla Am/2. Složky se však po vynásobení zvýšily ze dvou na čtyři.

Amplituda nyní bude:

AmAc/4

1 sinusová složka = 2 spektrální složky

Amplituda každé sinusové složky tedy bude:

AmAc/2

Spektrální obrazec po násobení se překládá v kladném i záporném frekvenčním směru. Pokud se tyto čtyři spektrální obrazce vynásobí ziskem, výsledkem bude 6 spektrálních složek ve formě osmi sinusových průběhů.

Modulační index

Modulační index je definován jako poměr maximální hodnoty signálu zprávy a nosného signálu.

Je dáno:

Modulační index = M/A

Kde,

M je amplituda signálu zprávy

A je amplituda nosného signálu

Nebo

Modulační index = Am/Ac

Efektivita AM

Účinnost amplitudové modulace je definována jako poměr výkonu postranního pásma k celkovému výkonu.

Účinnost = Ps/Pt

Celkový výkon je součtem výkonu postranního pásma a výkonu nosné.

Pt = Ps + Pc

Účinnost tedy můžeme také definovat jako:

Účinnost = Ps/ Ps + PC

Am signál ve frekvenční doméně může být reprezentován jako:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Kde,

m(t) je signál v základním pásmu

k je amplitudová citlivost

s(t) zachovává signál v základním pásmu I jeho obálku

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

První termín je nosný termín a druhý termín je termín postranního pásma.

Síla může být reprezentována jako:

Pro přepravní termín je výkon =A_C²/2

Pro termín postranního pásma je výkon =A_C²k²/2 x Pm

Pm je průměrný výkon signálu zprávy přítomného v postranním pásmu.

Účinnost = A_C²k²Pm/2 /( A_C²k²Pm/2 + A_C²/2)

Účinnost = k²Pm/1 + k²Odpoledne

Je to běžný výraz používaný k nalezení energetické účinnosti amplitudové modulace.

Protože modulace Double Sideband Suppress Carrier Modulation neobsahuje žádnou nosnou, je její účinnost 50 %. Účinnost jednotónově modulovaného signálu v případě sinusového průběhu je kolem 33 %. Maximální účinnosti 100 % lze dosáhnout pomocí SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Výhody

Výhody amplitudové modulace jsou následující:

• Amplitudová modulace pomáhá signálu cestovat na velké vzdálenosti změnou amplitudy signálu zprávy.
• Komponenty používané v AM přijímačích a vysílačích mají nízkou cenu.
• AM signály lze snadno modulovat a demodulovat.
• Modulovaný signál má nižší kmitočet než signál nosičů.
• Proces implementace amplitudové modulace je jednoduchý.
• Komunikační kanál použitý pro přenos může být kabelový kanál nebo bezdrátový kanál. Slouží k propojení vysílače s přijímačem. Přenáší také informace z vysílače do přijímače.

Nevýhody

AM je široce používaná modulace i přes své různé nevýhody. Nevýhody amplitudové modulace jsou následující:

• Je náchylnější k šumu díky přítomnosti AM detektorů. Ovlivňuje kvalitu signálu dopadajícího na přijímač.
• Má postranní pásma na obou stranách nosné frekvence. Výkon ve dvou postranních pásmech není využit na 100 %. Síla nesená AM vlnami je kolem 33 %. Znamená to, že více než polovina výkonu na oboustranné straně je promarněna.
• AM vyžaduje velkou šířku pásma, tedy dvojnásobnou oproti zvukové frekvenci.

Aplikace amplitudové modulace

Aplikace amplitudové modulace jsou následující:

Vysílání
Amplitudová modulace zvyšuje frekvenci signálu zprávy kvůli přítomnosti vysokofrekvenčního nosného signálu. Proto je díky této výhodě široce používán ve vysílání.Pásmová rádia
Amplitudová modulace se používá v přenosných obousměrných rádiích a pásmových rádiích pro efektivní komunikaci.

Číselné příklady

Pojďme diskutovat o příkladu založeném na amplitudové modulaci.

Příklad: Najděte celkový výkon amplitudově modulovaného signálu s nosným výkonem 400 W a modulačním indexem 0,8.

Řešení : Vzorec pro výpočet celkového výkonu amplitudově modulovaného signálu je dán takto:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Kde,

Pt je celkový výkon

PC je nosný výkon

M je modulovaný signál

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

Pt = 400 (1 + 0,64/2)

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 wattů

Celkový výkon amplitudově modulovaného signálu je tedy 528 wattů.

Příklad 2: Jaká je maximální účinnost jednotónového modulačního signálu?

Řešení : Maximální účinnost signálu modulace jednoho tónu je 33 %.

Účinnost je dána vzorcem:
Účinnost = u²/(2 + u²)

pyspark

Při maximální účinnosti je u = 1

Účinnost = 1²/(2 + 1²)

Účinnost = 1/3

Účinnost % = 1/3 x 100

Účinnost % = 100/3

Účinnost % = 33,33