9. Аналоговые методы модуляции, применяемые в системах подвижной радиосвязи. Виды и их отличие.

Модуляция – изменение параметров высокочастотного сигнала с помощью низкочастотного сообщения.

При амплитудной модуляции, огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом передаваемого сообщения. Частота и фаза несущего колебания при этом не меняется. Одним из основных параметров АМ, является коэффициент модуляции(M). Коэффициент модуляции — это отношение разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд модулированного сигнала к сумме этих значений(%). Проще говоря, этот коэффициент показывает, насколько сильно значение амплитуда несущего колебания в данный момент отклоняется от среднего значения. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции - фазовой модуляцией.

Амплитудная модуляция с одной боковой полосой. В связи с неэффективностью классической амплитудной модуляции, была придумана амплитудная модуляция с одной боковой полосой. Суть ее заключается в удалении из спектра несущей и одной из боковых полос, при этом вся необходимая информация передается по оставшейся боковой полосе. И вся мощность передатчика тратится на передачу только ОБП.

При частотной модуляции частота несущей изменяется по закону модулирующего НЧ сигнала. Амплитуда при этом остается постоянной. Наибольшее отклонение частоты от среднего значения, называется девиацией. Различают широкополосную и узкополосную ЧМ модуляцию. В широкополосной — спектр частот, значительно превосходит частоту модулирующего сигнала. Применяется в ЧМ радиовещании. В радиостанциях применяют в основном узкополосную ЧМ модуляцию, требующую более точной настройки приемника и соответственно более защищенную от помех. Спектр узкополосной ЧМ напоминает амплитудную модуляцию, но если учесть фазу боковых полос, то окажется, что эти волны имеют постоянную амплитуду и переменную частоту, а не постоянную частоту и переменную амплитуду (AM). При широкополосной ЧМ амплитуда несущей может быть очень малой, что обусловливает высокую эффективность ЧМ; это значит, что большая часть передаваемой энергии содержится в боковых частотах, несущих информацию. Основные преимущества ЧМ, перед АМ — энергоэффективность и помехоустойчивость.

При фазовой модуляции значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов. Из спектра можно видеть, почти полное отсутствие несущей, что указывают на высокую энергоэффективность. Недостаток данной модуляции в том, что ошибка в одном символе, может привести к некорректному приему всех последующих.

10. Цифровые методы модуляции, применяемые в системах подвижной радиосвязи. Виды и их отличие.

В технике связи исходным сигналом являются 1 и 0. Поэтому для переноса спектра в область несущей придется манипулировать одним из показателей ВЧ сигнала, при этом этот показатель будет изменяться скачком.

Амплитудная манипуляция. Для повышения помехоустойчивости часто применяют уровни различной полярности (например, "0": 5В, а "1": -5В). Однако аналоговая манипуляция редко используется на практике, т.к. она наименее устойчива к воздействию внешних помех из всех. Так, например небольшая и кратковременная импульсная помеха (наиболее распространенный из всех видов помех) может повлечь целую пачку ошибочно принятых символов.

Частотная манипуляция. При частотной манипуляции каждому цифровому символу сопоставляется своя частота несущего сигнала. Этот вид манипуляции также не сложен в реализации и является более помехоустойчивым, чем амплитудная манипуляция. Но, в эфире довольно часто наблюдаются частотно-селективные помехи, вызванные работой промышленного оборудования (генераторы, трансформаторы). Если передаваемый сигнал окажется в полосе действия таких помех, то возможен высокий процент потери информации или даже полное "перекрытие" канала связи.

Фазовая манипуляция - Фазовая манипуляция предполагает изменение фазы несущего сигнала в зависимости от передаваемого символа. Для передачи "0", например, может быть использована начальная фаза 0 градусов, а для "1" - 180 градусов. Этот вид манипуляции более сложен в реализации, но вместе с тем и наиболее помехоустойчив из трех. Одним их основных недостатков фазовой манипуляции является эффект "обратной работы" в фазовом детекторе, когда ошибка в одном символе может привести к ошибочному детектированию всех последующих символов. От этого нежелательного эффекта свободна относительная фазовая манипуляция (ОФМ). Ее принцип заключается в том, что фаза символа определяется не только текущим значением информационного сигнала, но и значением предшествующих символов. Вторым существенным недостатком фазовой манипуляции является необходимость широкой полосы пропускания для передачи фазоманипулированного сигала. Широкая полоса, необходимая для передачи такого сигнала, обусловлена расширением спектра из-за резких переходов между фазой предыдущего и последующего символа.

QPSK - одновременная АМ и ФМ для получения на одной несущей двух каналов, повернутых на 90 градусов относительно друг друга (с помощью генераторов cos and sin).

QPSK модуляция строится на основе кодирования двух бит передаваемой информации одним символом. При этом символьная скорость в два раза ниже скорости передачи информации. Для того чтобы осуществить кодирование одним символом двух бит информации, необходимо, чтобы созвездие состояло из четырех точек. Тогда мы получим, что и   и   отличны от нуля, все точки созвездия расположены на единичной окружности. Тогда кодирование можно осуществить следующим образом: разбить битовый поток на четные и нечетные биты, тогда   будет кодировать четные биты, а   – нечетные. Два последовательно идущих друг за другом бита информации кодируются одновременно синфазным   и квадратурным  сигналами.

На верхнем графике входной поток разделен на пары бит, соответствующих одной точке созвездия QPSK.. , если четный бит равен 1, и   если четный бит 0 (т.е.  ). Аналогично строится квадратурный канал   , но только по нечетным битам. Длительность одного символа   в два раза больше длительности одного бита исходной информации.

В зависимость от пары бит   на входе на выходе получаем постоянные в пределах длительности этой пары бит сигналы   и  , значение которых зависит от передаваемой информации. Чем больше длина символа, тем выше скорость передачи данных.