- •Курс: «Основы теории цифровой связи»
- •Лабораторная работа №2
- •«Математическое представление модуляции сигналов»
- •Общие понятия
- •Непрерывная модуляция
- •Дискретная модуляция ( манипуляция)
- •Импульсная модуляция
- •Частотная манипуляция
- •4. Квадратурная модуляция
- •Амплитудная манипуляция .
- •Фазовая манипуляция
Амплитудная манипуляция .
Амплитудная манипуляция осуществляется функциями dmod (формируется вещественный выходной сигнал) и dmodce (формируется комплексная огибающая) пакета Communications при указании в них параметра типа модуляции 'ask'. Следующий за ним параметр M указывает количество используемых уровней манипуляции. Символы, подлежащие передаче, должны принимать целочисленные значения, лежащие в диапазоне 0…M–1. Символу 0 соответствует значение амплитуды, равное –1, а символу M–1 — значение амплитуды, равное 1. Остальные уровни равномерно распределены между этими значениями. Таким образом, строго говоря, в данном случае может меняться не только амплитуда, но и фаза несущего колебания (отрицательные амплитудные множители соответствуют изменению фазы на 180° ).
В качестве примера построим график сигнала, содержащего все возможные символы при 8-позиционной АМн:
На графике хорошо виден бросок фазы в середине сигнала. Кроме того, можно заметить, что фазы посылок в первой и второй половинах сигнала, имеющих одинаковые амплитуды, отличаются на 180° .
Фазовая манипуляция
Фазовая манипуляция осуществляется функциями dmod (формируется вещественный выходной сигнал) и dmodce (формируется комплексная огибающая) пакета Communications при указании в них параметра типа модуляции 'psk'. Следующий за ним параметр M указывает количество используемых градаций начальной фазы. Символы, подлежащие передаче, должны принимать целочисленные значения, лежащие в диапазоне 0…M–1. Символу k соответствует значение начальной фазы, равное 2p k/M радиан, или 360k/M градусов.
В качестве примера построим график сигнала, содержащего все возможные символы при 4-позиционной ФМн:
На графике видны скачки фазы на 90° , происходящие при переходе от одного символа к другому.
Частотная манипуляция
Частотная манипуляция осуществляется функциями dmod (формируется вещественный выходной сигнал) и dmodce (формируется комплексная огибающая) пакета Communications при указании в них параметра типа модуляции 'fsk'. Следующие за ним параметры M и tone указывают соответственно количество используемых частот манипуляции и расстояние между соседними частотами (по умолчанию значение параметра tone равно символьной скорости Fd). Символы, подлежащие передаче, должны принимать целочисленные значения, лежащие в диапазоне 0…M–1. Символу k соответствует смещение частоты (относительно несущей частоты Fc), равное tone*(1–M+2*k)/2.
В качестве примера сформируем 2-позиционный (бинарный) ЧМн-сигнал, в котором возможным значениям символов 0 и 1 соответствуют частоты 800 и 1600 Гц. Символьная скорость будет равна 400 символам в секунду, а частота дискретизации — 16 кГц:
На графике хорошо заметно двукратное изменение частоты сигнала при смене значения передаваемого бита. В данном примере на длительности символа укладывается два периода колебания при передаче нулевого бита и четыре периода — при передаче единичного бита.
4. Квадратурная модуляция
Сигнал с квадратурной модуляцией (КАМ) представляет собой сумму двух несущих колебаний одной и той же частоты, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 90° , каждая из которых модулирована по амплитуде своим модулирующим сигналом:
sКАМ(t) = a(t) cos(w 0t) + b(t) sin(w 0t).
Косинусная составляющая называется синфазной, синусная — квадратурной.
Сигнал с КАМ можно представить в следующем виде:
.
Таким образом, у КАМ-сигнала зависят от времени и амплитуда, и начальная фаза.
АМ с подавленной несущей осуществляется функциями amod (формируется вещественный выходной сигнал) и amodce (формируется комплексная огибающая) пакета Communications при указании в них параметра типа модуляции 'qam'. Модулирующий сигнал x должен быть матрицей с четным числом столбцов, при этом столбцы с нечетными номерами служат синфазными модулирующими сигналами, а столбцы с четными номерами — квадратурными модулирующими сигналами.
Сформируем сигнал с квадратурной модуляцией, использовав в качестве модулирующих сигналов гармонические колебания разных частот, и построим график сигнала
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
(Несущая частота) |
2000 Гц |
2100 Гц |
2200 Гц |
2300Гц |
АМ- Модуляция
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
Частота синусоидального сигнала |
1000 Гц |
1100 Гц |
1200 Гц |
1300 Гц |
Carrier frequency (Несущая частота) |
10000 Гц |
12500 Гц |
13000 Гц |
13500 Гц |
ЧМ –модуляция
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
Частота синусоидального сигнала |
1000 Гц |
1100 Гц |
1200 Гц |
1300 Гц |
Carrier frequency (Несущая частота) |
10000 Гц |
12500 Гц |
13000 Гц |
13500 Гц |
ФМ-модуляция
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
Частота синусоидального сигнала |
1000 Гц |
1100 Гц |
1200 Гц |
1300 Гц |
Carrier frequency (Несущая частота) |
2500 Гц |
3000 Гц |
3500 Гц |
4000 Гц |
BPSK-Модуляция (Двоичная фазовая манипуляция)
где
определяет
огибающую сигнала;
является
модулирующим сигналом.
может
принимать
дискретныхзначений.
—
частота несущей;
t — время. Если
,
то фазовая манипуляция называется двоичной
фазовой манипуляцией (BPSK,
B-Binary — 1 бит на 1 смену фазы)
Двоичная
фазовая манипуляция (англ. BPSK —
binary
phase-shift
keying) —
самая простая форма фазовой манипуляции.
Работа схемы двоичной ФМн заключается
в смещении фазы несущего колебания на
одно из двух значений, нуль или
(180°).
Двоичную фазовую манипуляцию можно
также рассматривать как частный
случай квадратурной
манипуляции (QAM-2).
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
Смещение фазы в рад. |
0 |
0.5 |
0,75 |
1 |
QAM- модуляция
Квадратурная (амплитудная) модуляция (КАМ, КАМн; англ. Quadrature Amplitude Modulation (QAM)) — разновидностьамплитудной модуляции сигнала, которая представляет собой сумму двух несущих колебаний одной частоты, но сдвинутых пофазе относительно друг друга на 90°, каждое из которых модулировано по амплитуде своим модулирующим сигналом:
,
где
и
—
модулирующие сигналы,
—
несущая частота.
Квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМн, англ. Quadrature Amplitude-Shift Keying (QASK)) называется манипуляция, при которой изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество информации, передаваемой одним состоянием (отсчётом) сигнала. В англоязычной литературе такой тип манипуляции часто называют QAM, обозначение QASK применяется редко.
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
Смещение фазы в рад. |
0 |
0.5 |
0,75 |
1 |
