Лекции по Теоретическим основам цифровой связи   

4. Полосовая модуляция и демодуляция

4.1. Зачем нужна модуляция

Цифровая модуляция — это процесс преобразования цифровых символов в сигналы, совместимые с характеристиками канала. При узкополосной модуляции (base band modulation) эти сигналы обычно имеют вид импульсов заданной формы. В случае полосовой модуляции (band pass modulation) импульсы заданной формы модулируют синусоиду, называемую несущей волной (carrier wave), или просто несущей (carrier), затем следует передача на нужное расстояние с использованием радиочастот; для этого несущая преобразовывается в электромагнитное поле. Может возникнуть вопрос: зачем для радиопередачи узкополосных сигналов нужна несущая? Ответ звучит следующим образом. Передача электромагнитного поля через пространство выполняется с помощью антенн. Размер антенны зависит от длины волны λ, и текущей задачи. Для переносных телефонов размер антенны обычно равен λ/4, а длина волны c/f, где с — скорость света, 3 х 108 м/с. Рассмотрим передачу узкополосного сигнала (скажем, имеющего частоту f=3000 Гц) путем сопряжения его непосредственно с антенной без использования несущей. Какая антенна нам понадобится? Возьмем стандарт телефонной промышленности, λ/4. Получаем, что для узкополосного сигнала 3000 Гц λ /4 = 2,5 х 104 = 25 км. Итак, для передачи через пространство сигнала с частотой 3000 Гц без модулирования несущей требуется антенна размером 25 км. При этом, если узкополосная информация модулируется несущей более высокой частоты, например 900 МГц, размер антенны будет составлять порядка 8 см. Приведенные вычисления показывают, что модулирование несущей частоты, или полосовая модуляция, — это этап, необходимый для всех систем, использующих радиопередачу.

Полосовая модуляция имеет и другие важные преимущества при передаче сигналов. При использовании одного канала более чем одним сигналом, модуляция может применяться для выделения различных сигналов. Подобный метод, известный как уплотнение с частотным разделением (frequency-division multiplexing — FDM), рассматривается в главе И. Модуляция может использоваться и для минимизации последствий интерференции. Класс схем модулирования, известный как модулирование расширенным спектром, требует полосы, значительно превышающей минимальную полосу, необходимую для передачи сообщения. В главе 12 рассмотрены компромиссы, связанные с выбором полосы, снижающим интерференцию. Кроме того, модуляция может использоваться для перемещения сигнала в диапазон частот, в котором легко удовлетворяются специфические конструктивные требования, например, относящиеся к фильтрации и усилению. Примером такого применения модуляции является преобразование в приемнике радиочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.