Modulaatio on prosessi, jolla lisätään ja tehostetaan viestisignaalin taajuutta ja voimakkuutta. Se on prosessi, joka asettaa päällekkäin alkuperäisen signaalin ja jatkuvan korkeataajuisen signaalin. Sisään Amplitudimodulaatio (AM), kantoaallon amplitudia vaihdellaan sanomasignaalin mukaan. AM-prosessi näkyy alla olevassa kuvassa:

Esimerkiksi,

Äänisignaali

Äänisignaalit ovat signaaleja, joissa on korkea kohina. Tällaisten signaalien lähettäminen pitkiä matkoja ei ole helppoa. Tästä syystä äänisignaalien modulointi on välttämätöntä onnistuneen lähetyksen kannalta. AM-modulaatio on prosessi, jossa viestisignaali asetetaan radioaallon päälle kantoaaltosignaalina. Se on yhdistetty suuren amplitudin radiokantoaaltoon, mikä lisää äänisignaalin voimakkuutta.

Samalla lailla, Taajuusmodulaatio (FM) käsittelee kantoaaltosignaalin taajuuden vaihtelua ja Vaiheen modulaatio (PM) käsittelee kantoaaltosignaalin vaihevaihtelua.

Keskustellaan ensin analogista ja siihen liittyvistä termeistä.

Keskustellaan ensin analogista ja siihen liittyvistä termeistä.

kuinka monta näppäintä näppäimistössä on

Analoginen viittaa jatkuvaan vaihteluun ajan myötä. Voimme määritellä analogisen viestinnän ja analogisen signaalin seuraavasti: An analoginen viestintä on viestintä, joka vaihtelee jatkuvasti ajan myötä. Se löydettiin ennen digitaalista viestintää. Se vaatii vähemmän kaistanleveyttä lähetykseen edullisilla komponenteilla. An analoginen signaali on signaali, joka vaihtelee jatkuvasti ajan myötä. Esimerkkejä analogisista signaaleista ovat siniaalto- ja neliöaallot.

Yksinkertainen analoginen signaali on esitetty alla:

Täällä keskustelemme seuraavista asioista:

Mikä on modulaatio?

Amplitudimodulaation tyypit

Amplitudimodulaation historia

Moduloinnin tarve

AM:n taajuuden käännös

Modulaatioindeksi

AM:n tehokkuus

Amplitudimodulaation edut ja haitat

Amplitudimodulaation sovellukset

Numeerisia esimerkkejä

Mikä on modulaatio?

Kun viestisignaali asetetaan kantoaaltosignaalin päälle, se tunnetaan nimellä modulaatio . Viestisignaali asetetaan kantoaallon päälle. Tässä päällekkäin merkitsee signaalin sijoittamista toisen signaalin päälle. Muodostuneella signaalilla on parantunut taajuus ja voimakkuus.

Signaalin muunnos vaaditaan lähettimen päässä sekä analogisille että digitaalisille signaaleille. Käännös suoritetaan ennen kuin signaali tuodaan kanavalle lähetettäväksi vastaanottimeen.

Viestisignaali

Alkuperäinen signaali, joka sisältää vastaanottajalle lähetettävän viestin, tunnetaan sanomasignaalina.

Operaattorin signaali

Kantoaaltosignaali on signaali, jolla on vakiotaajuus, joka on yleensä korkea. Kantoaaltosignaaliaallot eivät vaadi väliainetta leviäkseen.

Kantataajuinen signaali

Taajuuskaistaa edustava viestisignaali tunnetaan kantataajuussignaalina. Kantataajuisten signaalien alue on 0 Hz:stä rajataajuuteen. Sitä kutsutaan myös moduloimattomaksi signaaliksi tai matalataajuiseksi signaaliksi.

Analoginen signaali on sähkösignaaliksi muunnetun valo-/ääniaallon lähtö.

Passband-signaali

Se on keskitetty taajuudelle, joka on korkeampi kuin viestisignaalin maksimikomponentti.

Esimerkki

Tarkastellaanpa esimerkkiä puhesignaali . Se on eräänlainen äänisignaali.

Puhesignaalilla on alhaisemmat kantataajuudet välillä 0,3 - 3,4 k Hz. Jos kaksi henkilöä haluaa kommunikoida samalla kanavalla, kantataajuudet häiritsevät. Tämä johtuu siitä, että alemmat taajuudet eivät voi sallia kahta kantataajuustaajuutta samalla kanavalla. Tästä syystä puhesignaalin kanssa käytetään kantoaaltoa, jonka taajuus on korkeintaan 8 kHz. Se lisää puhesignaalin taajuusaluetta. Sen avulla kaksi henkilöä voivat kommunikoida samalla kanavalla ilman häiriöitä.

Moduloinnin tarve

Viestintäjärjestelmä lähettää tiedot lähettimestä vastaanottimeen. Tiedot käsitellään ja ne kulkevat yli satoja kilometrejä ennen kuin ne saavuttavat vastaanottimen. Lähetyksen aikana esiintyvä kohina voi vaikuttaa kommunikoivan signaalin muotoon. Se johtaa edelleen harhaan vastaanotettua tietoa vähentämällä signaalin taajuutta ja voimakkuutta. Tarvitaan prosessi, joka lisää signaalin taajuutta ja voimakkuutta. Viestinnän prosessi tunnetaan nimellä modulaatio .

On tärkeää välittää signaali paikasta toiseen viestinnässä. Tässä alkuperäinen signaali korvataan uudella, mikä lisää sen taajuutta f1 - f2:sta f1' - f2':ksi. Se on palautettavassa muodossa vastaanottimen päässä. Modulaatiovaatimus perustuu seuraaviin tekijöihin:

1. Taajuusmultipleksointi
2. Antennit
3. Kapea raita
4. Yhteinen käsittely

Taajuusmultipleksointi

Multipleksointi tarkoittaa useiden signaalien kääntämistä samalla kanavalla. Oletetaan, että meillä on kolme signaalia, jotka lähetetään yhtä viestintäkanavaa pitkin vaikuttamatta signaalin laatuun ja dataan. Se tarkoittaa, että signaalien tulee olla erotettavissa ja palautettavissa vastaanottopäässä. Se voidaan tehdä kääntämällä kolme signaalia eri taajuuksilla. Se estää useiden signaalien leikkaamisen.

Olkoon kolmen signaalin taajuusalue -f1 - f1, -f2 - f2 ja -f3 - f3. Signaalit on erotettu toisistaan ​​suojalla, kuten alla on esitetty:

Jos näiden signaalien valitut taajuudet eivät mene päällekkäin, se voidaan helposti palauttaa vastaanottopäässä käyttämällä sopivia kaistanpäästösuodattimia.

Antennit

Antennit lähettävät ja vastaanottavat signaaleja vapaassa tilassa. Antennin pituus valitaan lähetettävän signaalin aallonpituuden mukaan.

Kapeakaistainen

Signaali välitetään vapaassa tilassa antennin avulla. Oletetaan, että taajuusalue on 50-10⁴Hz. Korkeimman ja alimman taajuuden suhde on 10⁴/50 tai 200. Tällä suhteella antennin pituudesta tulee liian pitkä toisesta päästä ja liian lyhyt toisesta päästä. Se ei sovellu lähetykseen. Tästä syystä äänisignaali muunnetaan alueelle (10⁶+ 50) - (10⁶+ 10⁴). Suhde on nyt noin 1,01. Se tunnetaan nimellä kapeakaistainen .

Siten käännösprosessi voidaan muuttaa kapeakaistaiseksi tai laajakaistaiseksi vaatimuksista riippuen.

Yhteinen käsittely

Joskus meidän on käsiteltävä eri signaalien spektritaajuusaluetta. Jos signaaleja on suuria määriä, on parempi toimia jollakin kiinteällä taajuusalueella kuin käsitellä kunkin signaalin taajuusaluetta.

Esimerkiksi,

Superheteroyne vastaanotin

Tässä yhteinen käsittelylohko viritetään eri taajuudelle käyttämällä paikallisoskillaattoria.

Amplitudimodulaation tyypit

Modulaatiotyypit on määritelty ETTÄ (Kansainvälinen televiestintäliitto). Amplitudimodulaatioita on kolme tyyppiä, jotka ovat seuraavat:

• Yhden sivukaistan modulaatio
• Kaksinkertainen sivukaistamodulaatio
• Vestigiaalinen sivukaistan modulaatio

AM:n alkuperäinen nimi oli DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), koska sivukaistat voivat esiintyä kantoaaltotaajuuden kummallakin puolella.

Single Sideband Modulation (SSB)

SSB AM on vakiomenetelmä sivukaistojen tuottamiseksi vain kantoaaltotaajuuden toiselle puolelle. Amplitudimodulaatio voi tuottaa sivukaistoja kantoaaltotaajuuden molemmille puolille. SSB:ssä se käyttää kaistanpäästösuodattimia yhden sivukaistan hylkäämiseen. SSB-modulaatioprosessi parantaa lähetysvälineen kaistanleveyden käyttöä ja kokonaislähetystehoa.

Double Sideband Suppressed Carrier Modulation (DSB-SCB)

Double tarkoittaa kahta sivunauhaa. AM:n tuottamat taajuudet DSB:ssä ovat symmetrisiä kantoaaltotaajuuden suhteen. DSB on edelleen luokiteltu DSB-SC ja DSB-C . DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) -modulaatio ei sisällä kantoaaltokaistaa, minkä vuoksi sen tehokkuus on myös maksimaalinen muihin modulaatiotyyppeihin verrattuna. DSB-SC:n kantoosa poistetaan lähtökomponentista. DSB-C (Double Sideband with Carrier) koostuu kantoaallosta. DSB-C:n tuottamassa lähdössä on kantoaalto yhdessä viestin ja kantoaaltokomponentin kanssa.

Vestigiaalinen sivukaistamodulaatio (VSB)

Osa tiedoista on SSB:tä, ja DSB saattaa kadota. Tästä syystä VSB:tä käytetään näiden kahden AM-tyypin haittojen voittamiseksi. Vestige tarkoittaa signaalin osaa. VSB:ssä osa signaalista moduloidaan.

nimisopimus java

Keskustelemme kolmesta AM-tyypistä yksityiskohtaisesti myöhemmin opetusohjelmassa.

Amplitudimodulaation historia

• Vuonna 1831 englantilainen tiedemies Michael Faraday löysi sähkömagneettisen
• Vuonna 1873 matemaatikko ja tiedemies James C Maxwell kuvasi EM-aaltojen leviämistä.
• Vuonna 1875 A Graham Bell löysi puhelimen.
• Vuonna 1887 saksalainen fyysikko H Hertz havaitsi radioaaltojen olemassaolon.
• Vuonna 1901 kanadalainen insinööri nimeltä R Fessenden käänsi ensimmäisen amplitudimoduloidun signaalin.
• R Fessenden löysi sen käyttämällä kipinävälilähetintä, joka välittää signaalin sähkökipinän avulla.
• AM:n käytännön toteutus alkoi vuosina 1900-1920 radiopuhelinlähetyksen kautta. Se oli viestintää ääni- tai puhesignaalin avulla.
• Ensimmäinen jatkuva Am-lähetin kehitettiin noin 1906-1910.
• Vuonna 1915 amerikkalainen teoreetikko JR Carson aloitti amplitudimodulaation matemaattisen analyysin. Hän osoitti, että yksi kaista riittää äänisignaalin lähettämiseen.
• JR Carson patentoi 1. joulukuuta 1915 SSB (Yksi sivukaista) Modulaatio.
• Radio AM-lähetyksistä tuli suosittu tyhjiöputken keksimisen jälkeen noin vuonna 1920.

Amplitudimodulaation taajuusmuunnos

Signaali lähetetään kertomalla se sinimuotoisella apusignaalilla. Sen antaa:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

Missä,

Am on amplitudivakio

Fm on moduloiva taajuus

Fm = ω_m/2p

Spektrikuvio on kaksipuolinen amplitudikuvio. Se koostuu kahdesta rivistä, joiden kummankin amplitudi on Am/2, kuten alla on esitetty:

Se sijaitsee taajuusalueella f = fm - f = -fm.

Olkoon sinimuotoinen apusignaali Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Kertomalla kaksinkertainen spektrikuvio apusignaalilla saadaan:

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

Vm(t). Vc(t) = A_mA_Ccosω_mt cosω_Ct

Spektrikomponentteja on nyt neljä, kuten yllä on esitetty.

Se tarkoittaa, että spektrikuviossa on nyt kaksi siniaaltomuotoa taajuudella Fc + Fm ja Fc - Fm. Amplitudi ennen kertolaskua oli Am/2. Mutta komponentit kertomisen jälkeen ovat kasvaneet kahdesta neljään.

Amplitudi on nyt:

AmAc/4

1 sinikomponentti = 2 spektrikomponenttia

Siten kunkin sinimuotoisen komponentin amplitudi on:

AmAc/2

Kertolaskun jälkeinen spektrikuvio käännetään sekä positiiviseen että negatiiviseen taajuussuuntiin. Jos nämä neljä spektrikuviota kerrotaan vahvistuksella, tuloksena on 6 spektrikomponenttia kahdeksan siniaaltomuodon muodossa.

Modulaatioindeksi

Modulaatioindeksi määritellään sanomasignaalin maksimiarvon ja kantoaaltosignaalin suhteeksi.

Sen antaa:

Modulaatioindeksi = M/A

Missä,

M on viestisignaalin amplitudi

A on kantoaaltosignaalin amplitudi

Tai

Modulaatioindeksi = Am/Ac

AM:n tehokkuus

Amplitudimodulaation tehokkuus määritellään sivukaistan tehon suhteeksi kokonaistehoon.

Tehokkuus = Ps/Pt

Kokonaisteho on sivukaistan tehon ja kantoaaltotehon summa.

Pt = Ps + Pc

Voimme siis määritellä tehokkuuden myös seuraavasti:

Tehokkuus = Ps/ Ps + PC

Am-signaali taajuusalueella voidaan esittää seuraavasti:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Missä,

m(t) on kantataajuinen signaali

k on amplitudiherkkyys

s(t) säilyttää kantataajuisen signaalin I verhokäyränsä

deterministiset äärelliset automaatit

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Ensimmäinen termi on kantoaaltotermi ja toinen termi on sivukaistatermi.

Voima voidaan esittää seuraavasti:

Kantoaaltotermille teho =A_C²/2

Sivukaistan termille teho =A_C²k²/2 x pm

Pm on sivukaistatermissä olevan viestisignaalin keskimääräinen teho.

Tehokkuus = A_C²k²Pm/2 /( A_C²k²pm/2 + A_C²/2)

Tehokkuus = k²Pm/1 + k²pm

Se on yleinen ilmaus, jota käytetään amplitudimodulaation tehotehokkuuden määrittämiseen.

Koska Double Sideband Suppress Carrier Modulationissa ei ole kantoaaltoa, sen tehokkuus on 50 %. Yksiäänimoduloidun signaalin tehokkuus siniaaltomuodossa on noin 33 %. 100 %:n maksimitehokkuus voidaan saavuttaa käyttämällä SSBSC:tä (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Edut

Amplitudimodulaation edut ovat seuraavat:

• Amplitudimodulaatio auttaa signaalia kulkemaan pitkiä matkoja muuttamalla viestisignaalin amplitudia.
• AM-vastaanottimissa ja -lähettimissä käytetyt komponentit ovat edullisia.
• AM-signaalit on helppo moduloida ja demoduloida.
• Moduloidulla signaalilla on pienempi taajuus kuin kantoaaltojen signaalilla.
• Amplitudimodulaation toteutusprosessi on yksinkertainen.
• Lähetykseen käytettävä viestintäkanava voi olla langallinen tai langaton kanava. Se yhdistää lähettimen vastaanottimeen. Se myös kuljettaa tiedot lähettimestä vastaanottimeen.

Haitat

AM on laajalti käytetty modulaatio monista haitoistaan ​​huolimatta. Amplitudimodulaation haitat ovat seuraavat:

• Se on herkempi melulle AM-ilmaisimien läsnäolon vuoksi. Se vaikuttaa vastaanottimeen saapuvan signaalin laatuun.
• Siinä on sivukaistat kantoaaltotaajuuden molemmilla puolilla. Kaksinkertaisen sivukaistan tehoa ei hyödynnetä 100%. AM-aaltojen kantama teho on noin 33 %. Se tarkoittaa, että yli puolet kaksipuolisen puolen tehosta menee hukkaan.
• AM vaatii suurta kaistanleveyttä, eli kaksi kertaa äänitaajuuteen verrattuna.

Amplitudimodulaation sovellukset

Amplitudimodulaation sovellukset ovat seuraavat:

Lähetys
Amplitudimodulaatio lisää viestisignaalin taajuutta korkeataajuisen kantoaaltosignaalin läsnäolon vuoksi. Siksi sitä käytetään laajalti lähetyksissä tämän edun vuoksi.Bändiradiot
Amplitudimodulaatiota käytetään kannettavissa kaksisuuntaisissa radioissa ja kaistaradioissa tehokkaaseen viestintään.

Numeerisia esimerkkejä

Keskustellaan esimerkistä, joka perustuu amplitudimodulaatioon.

Esimerkki: Laske amplitudimoduloidun signaalin kokonaisteho kantoaaltoteholla 400 W ja modulaatioindeksillä 0,8.

Ratkaisu : Kaava amplitudimoduloidun signaalin kokonaistehon laskemiseksi saadaan seuraavasti:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Missä,

Pt on kokonaisteho

PC on kantoaaltoteho

M on moduloitu signaali

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

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

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 wattia

Näin ollen amplitudimoduloidun signaalin kokonaisteho on 528 wattia.

Esimerkki 2: Mikä on yksisävymodulaatiosignaalin suurin hyötysuhde?

hashset java

Ratkaisu : Yksiäänisen modulaatiosignaalin maksimihyötysuhde on 33 %.

Tehokkuus saadaan kaavasta:
Tehokkuus = u²/(2 + u²)

Maksimiteholla u = 1

Tehokkuus = 1²/(2 + 1²)

Tehokkuus = 1/3

Tehokkuus % = 1/3 x 100

Hyötysuhde % = 100/3

Hyötysuhde % = 33,33