Для чего нужна модуляция колебаний кратко
Обновлено: 05.07.2024
медленное по сравнению с периодом колебаний изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определённому закону. Соответственно различаются амплитудная модуляция, частотная модуляция и фазовая модуляция (рис. 1). При любом способе М. к. скорость изменения амплитуды, частоты или фазы должна быть достаточно малой, чтобы за период колебания модулируемый параметр почти не изменился.
М. к. применяется для передачи информации с помощью электромагнитных волн радио- или оптических диапазонов. Переносчиком сигнала в этом случае являются синусоидальные электрические колебания высокой частоты ω (несущая частота). Амплитуда, частота, или фаза этих колебаний, а в случае света и поляризация, модулируются передаваемым сигналом (см. Модуляция света).
В простейшем случае модуляции амплитуды А синусоидальным сигналом модулированное колебание, изображенное на рис. 2, может быть записано в виде:
Здесь A0 и ω — амплитуда и частота исходного колебания, Ω — частота модуляции, а величина m, называется глубиной модуляции, характеризует степень изменения амплитуды:
Частота модуляции Ω характеризует скорость изменения амплитуды колебаний. Эта частота должна быть во много раз меньше, чем несущая частота ω. Модулированное колебание уже не является синусоидальным. Амплитудно-модулированное колебание представляет собой сумму трёх синусоидальных колебаний с частотами ω, ω + Ω и ω — Ω. Колебание частоты ω называется (в радиотехнике) несущим. Его амплитуда равна амплитуде исходного колебания А0. Две остальные частоты называются боковыми частотами, или спутниками. Амплитуда каждого спутника равна mА0/2.
Т. о., любая передающая радиостанция, работающая в режиме амплитудной модуляции, излучает не одну частоту, а целый набор (спектр) частот. В простейшем случае М. к. синусоидальным сигналом этот спектр содержит лишь три составляющие — несущую и две боковые. Если же модулирующий сигнал не синусоидальный, а более сложный, то вместо двух боковых частот в модулированном колебании будут две боковые полосы, частотный состав которых определяется частотным составом модулирующего сигнала. Поэтому каждая передающая станция занимает в эфире определённый частотный интервал. Во избежание помех несущие частоты различных станций должны отстоять друг от друга на расстоянии, большем, чем сумма боковых полос. Ширина боковой полосы зависит от характера передаваемого сигнала: для радиовещания (См. Радиовещание) — 10 кгц, для телевидения (См. Телевидение) — 6 Мгц. Исходя из этих величин, выбирают интервал между несущими частотами различных станций. Для получения амплитудно-модулированного колебания колебание несущей частоты ω и модулирующий сигнал частоты Ω подают на специальное устройство — Модулятор.
где cos Ω t — модулирующий сигнал, Δω — т. н. девиация частоты. При частотной модуляции полоса частот модулированного колебания зависит от величины β = Δω/Ω, называемой индексом частотной модуляции. При β > 1, т. е. когда полоса частот, занимаемая частотно-модулированным сигналом, во много раз больше 2 Ω. Поэтому частотно-модулированные колебания применяются для высококачественной передачи сигналов в диапазоне ультракоротких волн (УKB), где на каждую радиостанцию выделена полоса частот, в 15—20 раз большая, чем в диапазоне длинных, средних и коротких волн, на которых работают радиостанции с амплитудной модуляцией. Частотная модуляция применяется также для передачи звукового сопровождения телевизионных программ. Частотно-модулированные колебания могут быть получены изменением частоты задающего генератора (См. Задающий генератор) (см. Радиопередатчик).
Если модулирующий сигнал синусоидальный, то форма модулированных колебаний и их спектральный состав для частотной и фазовой модуляции одинаковы. В случае несинусоидального модулирующего сигнала это различие четко выражено.
В многоканальных системах связи в качестве переносчика информации используется не гармоническое колебание, а периодическая последовательность радиоимпульсов, каждый из которых представляет собой цуг колебаний высокой частоты (рис. 3). Периодическая последовательность таких импульсов определяется четырьмя основными параметрами: амплитудой, частотой следования, длительностью (шириной) и фазой. В соответствии с этим возможны четыре типа импульсной модуляции: амплитудно-импульсная, частотно-импульсная, широтно-импульсная, фазово-импульсная (рис. 4). Импульсная модуляция обладает повышенной помехоустойчивостью по сравнению с модуляцией непрерывной синусоидальной несущей, зато полоса частот, занимаемая передающей радиостанцией с импульсной модуляцией, во много раз шире, чем при амплитудной модуляции (см. Импульсная модуляция, Импульсная радиосвязь).
Рис. 1. Схематическое изображение модулированных колебаний: а — немодулированное колебание; б — модулирующий сигнал; в — амплитудно-модулированное колебание; г — частотно-модулированное колебание; д — фазово-модулированное колебание.
Рис. 2. Амплитудная модуляция синусоидальным сигналом, ω — несущая частота, Ω — частота модулирующих колебаний, Амакс и Амин — максимальное и минимальное значения амплитуды.
Рис. 4. Различные виды импульсной модуляции: а — немодулированная последовательность радиоимпульсов; б — передаваемый сигнал; в — амплитудно-импульсная модуляция; г — частотно-импульсная модуляция; д — широтно-импульсная модуляция; е — фазово-импульсная модуляция.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Полезное
Смотреть что такое "Модуляция колебаний" в других словарях:
МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ — медленное по сравнению с периодом колебаний изменение амплитуды, частоты или фазы колебаний по определ. закону. Соответственно различаются амплитудная, частотная и фазовая М. к. (рис. 1). Возможна и смешанная модуляция (напр., амплитудно фазовая) … Физическая энциклопедия
МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ — изменение амплитуды, частоты, фазы или др. характеристик колебаний по заданному закону, медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают модуляцию колебаний амплитудную, частотную и фазовую. Модуляция колебаний используется для… … Большой Энциклопедический словарь
МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ — изменение разл. характеристик колебаний, медленное по сравнению с их периодом (см. Модулированные колебания). Физическая энциклопедия. В 5 ти томах. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988 … Физическая энциклопедия
модуляция колебаний — изменение амплитуды, частоты, фазы или других характеристик колебаний по заданному закону, медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают модуляцию колебаний амплитудную, частотную и фазовую. Модуляция колебаний используется для… … Энциклопедический словарь
МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ — изменение амплитуды, частоты, фазы или др. характеристик колебаний по заданному закону, медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают М.к. амплитудную, частотную и фазовую. М. к. используется для передачи информации с помощью эл.… … Естествознание. Энциклопедический словарь
МОДУЛЯЦИЯ СВЕТА — (модуляция оптического излучения), изменение во времени по заданному закону амплитуды (интенсивности), частоты, фазы или поляризации колебаний оптического излучения. Применяется для передачи информации с помощью оптич. сигналов или для… … Физическая энциклопедия
Модуляция света — Модуляция колебаний электромагнитного излучения оптического диапазона (видимого света, ультрафиолетового и инфракрасного излучений). При М. с. изменяются амплитуда (и следовательно, интенсивность), фаза, частота или поляризация световых… … Большая советская энциклопедия
МОДУЛЯЦИЯ — (от лат. modulatio мерность, размеренность), изменение по заданному закону во времени параметров, характеризующих к. л. стационарный физ. процесс. Примеры М.: изменение по определ. закону амплитуды, частоты или фазы гармонич. колебания для… … Физическая энциклопедия
Модуляция (в физике) — Модуляция (от лат. modulatio мерность, размеренность) в физике и технике, изменение по заданному закону во времени величин, характеризующих какой либо регулярный процесс. М. вызывают внешним воздействием. Наибольшее практическое значение имеет М … Большая советская энциклопедия
МОДУЛЯЦИЯ — в физике изменение по заданному закону во времени величин, характеризующих какой либо регулярный физический процесс. Практическое значение имеет модуляция колебаний … Большой Энциклопедический словарь
*Цитирирование задания со ссылкой на учебник производится исключительно в учебных целях для лучшего понимания разбора решения задания.
Похожие решебники
Популярные решебники 11 класс Все решебники
Главная задача сайта: помогать школьникам и родителям в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал совершенствуется, добавляются новые сборники решений.
Для начала разберемся, зачем вообще нужна модуляция и что она из себя представляет.
В рамках одного устройства для передачи информации используются низкочастотные колебания, передача которых на расстояние свыше нескольких метров крайне затруднительна, в силу их быстрого ослабевания. Но нам все равно хочется передавать сигналы на большие расстояния, вот тут на помощь приходит модуляция.
Возьмем высокочастотное колебание. Само по себе оно не несет никакой информации. Его мы будем использовать в качестве основного компонента передаваемого сигнала. Частоту этого колебания называют несущей. Для того, чтобы начать передавать полезную информацию, нам нужно каким-нибудь образом видоизменить несущую частоту так, чтобы она повторяла закономерности сигнала, который мы хотим передать. Иными словами, нам нужно сделать так, чтобы она несла информацию о нашем полезном сигнале. Это самое видоизменение называется модуляцией. Модуляция осуществляется с помощью модулятора со стороны отправителя, а с помощью демодулятора на стороне получателя высокочастотный сигнал преобразуется обратно в низкочастотный. Они собраны в одно устройство под названием модем, которое получилось благодаря слиянию слов МОдулятор и ДЕМодулятор. Есть разные принципы модуляции, некоторые из которых рассмотрим ниже. Самым древним методом модуляции можно назвать прерывание несущей частоты, которое использовалось в телеграфах. Этот метод, конечно, нельзя назвать в полной мере модуляцией, но тем не менее о нем нельзя не упомянуть в данной теме.
Теперь рассмотрим более формальные определения.
| Фиксированный уровень | Гармонический сигнал | Импульсы |
|---|---|---|
| Прямая модуляция | Аналоговая модуляция | Импульсная модуляция |
| Цифровая модуляция |
Это самый простой вид модуляции, при котором передача того или иного сигнала происходит путем изменения напряжения.
Зададим нормальное напряжение [math]U_H[/math] , тогда при уменьшении нормального уровня напряжения на [math]\Delta U_M[/math] передается двоичный 0, а при увеличении на ту же величину двоичная 1.
Для кодирования нескольких одинаковых значений подряд зададим промежуток времени [math]\Delta t[/math] , в течение которого передается одна цифра.
В зависимости от того, какой параметр несущего колебания изменяется, различают 3 основных вида аналоговой модуляций:
- Амплитудная
- Фазовая
- Частотная
Тот самый вид модуляции, который используется для передачи данных в компьютерных сетях.
Цифровую модуляцию принято называть манипуляцией, поэтому часто может встречаться именно этот термин.
Носителем так же, как и в случае аналоговой модуляции является колебание.
- Амплитудная
- Частотная
- Фазовая
- Квадратурная амплитудная (амплитудно-фазовая)
Для разных видов манипуляции существуют методы, позволяющие передавать не только 0 и 1 в рамках одного сигнала, такие методы получили название многопозиционные. Суть этих методов в том, что один элемент линейного сигнала несет информацию о большем числе битов, чем в обычных двухпозиционных методах. Работает это очень просто. Например, в многопозиционной амплитудной манипуляции зададим не 2 амплитуды, которые будут кодировать 0 или 1, а 4, которые будут соответствовать 00, 01, 10, 11 по мере увеличения амплитуды. Для многопозиционной частотной манипуляции используется больше частот, а для многопозиционной фазовой манипуляции, соответственно, больше сдвигов. Да, это действительно позволяет повысить удельную скорость передачи информации, но при этом начинают возникать ошибки, связанные с погрешностью передачи.
Рассмотрим самые распространенные методы:
С простой квадратурной амплитудной манипуляцией мы уже знакомы, теперь посмотрим на 2 многопозиционные вариации. Напомню, что это комбинация амплитудной и фазовой манипуляций. QAM-16 использует 16 комбинаций амплитудных и фазовых сдвигов, которые позволяют передавать 4 бита информации за 1 сигнал, а с помощью QAM-64, который использует 64 комбинации, можно передать целых 6 бит за сигнал. Каждая комбинация задается углом, который соответствует фазе и расстоянием от начала координат, которое показывает величину амплитуды. Ниже показана симуляция принципа работы квадратурной амплитудной манипуляции на примере QAM-16 и расположение точек для QAM-16 и QAM-64 соответственно.
Импульсная модуляция делится на 4 основных вида:
- Амплитудно-импульсная
- Широтно-импульсная
- Частотно-импульсная
- Фазово-импульсная
Сами по себе, схемы модуляции позволяют посылать только один сигнал, что достаточно плохо, учитывая количество пользователей сетями. Поэтому были разработаны схемы мультиплексирования, которые позволяют многим сигналам совместно использовать одни линии.
Частотное уплотнение использует передачу в полосе пропускания, чтобы совместно использовать канал. Спектр делится на диапазоны частот, каждый пользователь получает владение некоторой полосой, в которой он может послать свой сигнал. Наглядным примером частотного уплотнения служит AM-радиовещание. Его выделенный спектр составляет приблизительно 1 МГц, примерно от 500 до 1500 кГц. Другие частоты выделены другим логическим каналам (станциям), каждая станция действует в части спектра, с межканальным разделением, достаточно большим, чтобы предотвратить помехи.
На рисунке приведен пример объединения трех телефонных линий в одну. Можно заметить, что каждой линии выделяется полоса в 4000 Гц, хотя она занимает примерно 3100 Гц. Избыток в 900 Гц называется защитной полосой. Она сохраняет каналы хорошо отделенными друг от друга.
При отправке цифровых данных возможно эффективно разделить спектр, не используя защитные полосы. В OFDM полоса канала разделена на многие поднесущие, которые независимо передают данные (например, с квадратурной амплитудной модуляцией). Поднесущие плотно упакованы вместе в частотной области, но из за того, что характеристика каждой поднесущей разработана так, чтобы в центре смежных поднесущих это был ноль, каждая из них может быть выбрана в своей центральной частоте без помех от соседних.
Альтернатива частотному уплотнению FDM - временнОе уплотнение TDM. В этом методе каждый пользователь получает в пользование всю полосу, но на небольшой отрезок времени. Чтобы все работало, потоки должны быть синхронизированы по времени. Чтобы компенсировать небольшие отклонения синхронизации, между блоками имеется небольшой промежуток времени, именуемый защитным интервалом.
Метод аналогичен предыдущему, только отдельные потоки поступают в мультиплексный поток не по фиксированному распорядку, а согласно статистике их запросов.
В кодовом разделении каналов, в отличии от FDM и TDM, для каждого узла выделяется весь спектр частот и всё время. CDM использует специальные коды для идентификации соединений. При таком способе разделения среды каналы трафика создаются посредством применения широкополосного кодо-модулированного радиосигнала — шумоподобного сигнала, передаваемого в общий для других аналогичных передатчиков канал в едином широком частотном диапазоне. Эфир в данном частотном диапазоне в результате работы нескольких передатчиков становится ещё более шумоподобным. Каждый передатчик модулирует сигнал с применением присвоенного в данный момент каждому пользователю отдельного числового кода, а приёмник, настроенный на аналогичный код, может вычленять из общей кучи радиосигналов ту часть сигнала, которая предназначена данному приёмнику.
Модуляция. Для осуществления радиотелефонной связи необходимо использовать высокочастотные колебания, интенсивно излучаемые антенной. Незатухающие гармонические колебания высокой частоты вырабатывает генератор, например генератор на транзисторе.
Для передачи звука эти высокочастотные колебания изменяют, или, как говорят, модулируют , с помощью электрических колебаний низкой (звуковой) частоты. Можно, например, изменять со звуковой частотой амплитуду высокочастотных колебаний. Этот способ называют амплитудной модуляцией.
а) график колебаний высокой частоты, которую называют несущей частотой;
б) график колебаний звуковой частоты, т. е. модулирующих колебаний;
в) график модулированных по амплитуде колебаний.
Без модуляции мы в лучшем случае можем контролировать лишь, работает станция или молчит. Без модуляции нет ни телефонной, ни телевизионной передачи.
Модуляция — медленный процесс. Это такие изменения в высокочастотной колебательной системе, при которых она успевает совершить очень много высокочастотных колебаний, прежде чем их амплитуда изменится заметным образом.
Детектирование. В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания. Такой процесс преобразования сигнала называют детектированием.
Полученный в результате детектирования сигнал соответствует тому звуковому сигналу, который действовал на микрофон передатчика. После усиления колебания низкой частоты могут быть превращены в звук.
Толковый словарь русского языка. Поиск по слову, типу, синониму, антониму и описанию. Словарь ударений.
Найдено определений: 2 модуляция колебаний
Модуля́ция колеба́ний - изменение амплитуды, частоты, фазы или других характеристик колебаний по заданному закону, медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают модуляцию колебаний амплитудную, частотную и фазовую. Модуляция колебаний используется для передачи информации с помощью электромагнитных волн. Переносчик сигнала в этом случае - синусоидальные колебания высокой (несущей) частоты, амплитуда, частота или фаза которых модулируются передаваемым сигналом. Модуляция колебаний осуществляется на специальном устройстве - модуляторе. В радиовещании применяется главным образом амплитудная модуляция. См. также Импульсная модуляция.
МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ - МОДУЛЯ́ЦИЯ КОЛЕБА́НИЙ, изменение амплитуды, частоты, фазы или др. характеристик колебаний по заданному закону, медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают модуляцию колебаний амплитудную, частотную и фазовую. Модуляция колебаний используется для передачи информации с помощью электромагнитных волн. Переносчик сигнала в этом случае - синусоидальные колебания высокой (несущей) частоты, амплитуда, частота или фаза которых модулируются передаваемым сигналом. Модуляция колебаний осуществляется на специальном устройстве - модуляторе. В радиовещании применяется главным образом амплитудная модуляция (см. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ). См. также Импульсная модуляция (см. ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ).
МОДУЛЯЦИЯ КОЛЕБАНИЙ - изменение амплитуды, частоты, фазы или др. характеристик колебаний по заданному закону, медленное по сравнению с периодом этих колебаний. Различают модуляцию колебаний амплитудную, частотную и фазовую. Модуляция колебаний используется для передачи информации с помощью электромагнитных волн. Переносчик сигнала в этом случае - синусоидальные колебания высокой (несущей) частоты, амплитуда, частота или фаза которых модулируются передаваемым сигналом. Модуляция колебаний осуществляется на специальном устройстве - модуляторе. В радиовещании применяется главным образом амплитудная модуляция. См. также Импульсная модуляция.
Читайте также: