Die Amplitudenmodulation (AM) ist die einfachste und gebräuchlichste Methode in der Funktechnik, Informationen in hochfrequente Schwingungen zu versetzen. Bei AM ändert sich die Einhüllende der Amplituden der Trägerschwingung gemäß einem Gesetz, das mit dem Änderungsgesetz in der übertragenen Nachricht zusammenfällt, während die Frequenz und die Anfangsphase der Schwingung unverändert beibehalten werden. Daher kann für ein amplitudenmoduliertes Funksignal der allgemeine Ausdruck (3.1) durch Folgendes ersetzt werden:

Die Art der Hülle A(t) wird durch die Art der übertragenen Nachricht bestimmt.

Bei kontinuierlicher Kommunikation (Abb. 3.1, a) nimmt die modulierte Schwingung die in Abb. 3.1b. Die Hüllkurve A(t) stimmt formmäßig mit der Modulationsfunktion überein, d.h. mit der übertragenen Nachricht s(t). Abbildung 3.1, b basiert auf der Annahme, dass die konstante Komponente der Funktion s(t) gleich Null ist (andernfalls stimmt die Amplitude der Trägerschwingung während der Modulation möglicherweise nicht mit der Amplitude der unmodulierten Schwingung überein). Die größte Änderung A(t) „unten“ kann nicht größer sein als . Die Änderung "nach oben" kann grundsätzlich größer sein.

Der Hauptparameter der amplitudenmodulierten Schwingung ist der Modulationskoeffizient.

Reis. 3.1. Modulationsfunktion (a) und amplitudenmodulierte Schwingung (b)

Die Definition dieses Konzepts ist besonders klar für die Tonmodulation, wenn die modulierende Funktion eine harmonische Schwingung ist:

In diesem Fall kann die Einhüllende der modulierten Schwingung dargestellt werden als

wo ist die Modulationsfrequenz; - die Anfangsphase des Umschlags; - Verhältnismäßigkeitskoeffizient; - die Amplitude der Hüllkurvenänderung (Abb. 3.2).

Reis. 3.2. Eine durch eine harmonische Funktion amplitudenmodulierte Schwingung

Reis. 3.3. Schwingung moduliert durch die Amplitude der Impulsfolge

Attitüde

heißt Modulationsfaktor.

Also der Momentanwert der modulierten Schwingung

Bei unverzerrter Modulation variiert die Schwingungsamplitude vom Minimum zum Maximum.

Entsprechend der Amplitudenänderung ändert sich auch der Mittelwert für die Periode. Hochfrequenz modulierte Schwingungsleistung. Die Spitzen der Einhüllenden entsprechen einer Leistung, die 14-mal größer ist als die Leistung der Trägerwelle.Die mittlere Leistung über die Modulationsperiode ist proportional zum mittleren Quadratder Amplitude A(t):

Diese Leistung übersteigt die Leistung der Trägerwelle nur um den Faktor 1. Somit ist bei 100 % Modulation (M = 1) die Spitzenleistung gleich a Durchschnittsleistung(Through bezeichnet die Leistung der Trägerschwingung). Dies zeigt, dass die Erhöhung der Leistung der Schwingung durch die Modulation, die im Wesentlichen die Bedingungen zum Isolieren der Nachricht beim Empfang bestimmt, selbst bei der Grenzmodulationstiefe die halbe Leistung der Trägerschwingung nicht überschreitet.

Bei der Übertragung diskreter Nachrichten, bei denen es sich um einen Wechsel von Impulsen und Pausen handelt (Abb. 3.3, a), hat die modulierte Schwingung die Form einer Folge von Funkimpulsen, die in Abb. 3.3b. Dies bedeutet, dass die Phasen der Hochfrequenzfüllung in jedem der Impulse die gleichen sind, als wenn sie von einer kontinuierlichen harmonischen Schwingung "abgeschnitten" würden.

Nur unter dieser in Abb. 3.3, b kann die Folge von Funkimpulsen als nur in der Amplitude modulierte Schwingung interpretiert werden. Ändert sich die Phase von Puls zu Puls, so spricht man von gemischter Amplituden-Winkel-Modulation.

Nach dem Prinzip des Informationsaustausches gibt es drei Arten der Funkkommunikation:

Simplex-Funkkommunikation;

Duplex-Funkkommunikation;

Halbduplex-Funk.

Je nach Art der im Funkkommunikationskanal verwendeten Geräte werden folgende Arten der Funkkommunikation unterschieden:

Telefon;

Telegraph;

Datenübertragung;

Faksimile;

Fernsehen;

Rundfunk.

Je nach Art der verwendeten Funkkommunikationskanäle werden folgende Arten der Funkkommunikation unterschieden:

Oberflächenwelle;

troposphärisch;

ionosphärisch;

meteorisch;

Raum;

Funkrelais.

Arten von dokumentiertem Funkverkehr:

Telegraphenkommunikation;

Datentransfer;

Faksimile.

Telegraphenkommunikation - zur Übermittlung von Nachrichten in Form von alphanumerischem Text.

Datenübertragung zum Austausch formalisierter Informationen zwischen einer Person und einem Computer oder zwischen Computern.

Faxkommunikation zur Übertragung von Standbildern durch elektrische Signale.

1 - Telex - für den Austausch schriftlicher Korrespondenz zwischen Organisationen und Institutionen, die Schreibmaschinen mit elektronischem Speicher verwenden;

2 - Tele (Video) Text - zum Empfangen von Informationen von einem Computer auf Monitoren;

3 - Telefax (Bürofax) - Faxgeräte werden zum Empfangen verwendet (entweder von Benutzern oder in Unternehmen).

Die folgenden Arten von Funksignalen sind in Funknetzen weit verbreitet:

A1 - AT mit CW-Tastung;

A2 - Manipulation tonmodulierter Schwingungen

ADS - A1 (B1) - OM mit 50 % Träger

AZA - A1 (B1) - OM mit 10 % Träger

AZU1 - A1 (Bl) - OM ohne Träger

3. Merkmale der Ausbreitung von Funkwellen verschiedener Reichweiten.

Ausbreitung von Funkwellen im Myriameter-, Kilometer- und Hektometerbereich.

Um die Art der Ausbreitung von Funkwellen eines bestimmten Bereichs zu beurteilen, ist es notwendig, die elektrischen Eigenschaften der materiellen Medien zu kennen, in denen sich die Funkwelle ausbreitet, d.h. kennen und ε A von Erde und Atmosphäre.

Das sagt das geltende Gesamtgesetz in differentieller Form

diese. die zeitliche Änderung des magnetischen Induktionsflusses verursacht das Auftreten eines Leitungsstroms und eines Verschiebungsstroms.

Schreiben wir diese Gleichung unter Berücksichtigung der Eigenschaften des materiellen Mediums:

λ < 4 м - диэлектрик

4m< λ < 400 м – полупроводник

λ > 400 m - Leiter

Meerwasser:

λ < 3 м - диэлектрик

3cm< λ < 3 м – полупроводник

λ > 3 m - Leiter

Für Myriameterwelle (SVD):

λ = 10 ÷ 100 km f = 3 ÷ 30 kHz

und Kilometer (DV):

λ = 10 ÷ 1 km f = 30 ÷ 300 kHz

Bereichen nähert sich die Erdoberfläche in ihren elektrischen Parametern einem idealen Leiter an, und die Ionosphäre hat die höchste Leitfähigkeit und die niedrigste Dielektrizitätskonstante, d.h. in der Nähe des Dirigenten.

Die RV-Bänder der LLW und LW dringen praktisch nicht in die Erde und die Ionosphäre ein, werden von deren Oberfläche reflektiert und können sich auf natürlichen Funkwegen über beträchtliche Entfernungen ohne nennenswerten Energieverlust durch Oberflächen- und Raumwellen ausbreiten.

Weil Da die Wellenlänge des VLF-Bereichs der Entfernung zur unteren Grenze der Ionosphäre entspricht, verliert das Konzept einer einfachen und Oberflächenwelle seine Bedeutung.

Es wird davon ausgegangen, dass der RV-Ausbreitungsprozess in einem Kugelwellenleiter stattfindet:

Innenseite - Masse

Außenseite (nachts - Schicht E, tagsüber - Schicht D)

Der Hohlleiterprozess zeichnet sich durch unbedeutende Energieverluste aus.

Optimales Wohnmobil - 25 ÷ 30 km

Kritischer RV (starke Dämpfung) - 100 km oder mehr.

Folgende Phänomene sind inhärent: - Fading, Funkecho.

Fading (Schwund) durch Einstreuung von RVs, die unterschiedliche Wege zurückgelegt haben und am Empfangspunkt unterschiedliche Phasen haben.

Sind Oberflächen- und Raumwelle am Empfangspunkt gegenphasig, so handelt es sich um Fading.

Sind die Raumwellen am Empfangspunkt gegenphasig, so handelt es sich um ein weites Fading.

Ein Funkecho ist eine Signalwiederholung durch aufeinanderfolgenden Empfang von Wellen, die unterschiedlich oft von der Ionosphäre reflektiert werden (Nahfunkecho) oder am Empfangsort ohne und nach Erdumrundung ankommen (Fernfunkecho).

Die Erdoberfläche hat stabile Eigenschaften, und die Orte zur Messung der Ionisationsbedingungen der Ionosphäre haben wenig Einfluss auf die Ausbreitung des RV-VLF-Bereichs, dann ändert sich der Wert der Funksignalenergie im Laufe des Tages, des Jahres und unter extremen Bedingungen wenig.

Im Bereich von km-Wellen werden sowohl Oberflächen- als auch Raumwellen gut ausgedrückt (sowohl tagsüber als auch nachts), insbesondere bei Wellen λ> 3 km.

Oberflächenwellen während der Strahlung haben einen Elevationswinkel von nicht mehr als 3-4 Grad, und Raumwellen werden in großen Winkeln zur Erdoberfläche abgestrahlt.

Der kritische Einfallswinkel des RV-km-Bereichs ist sehr klein (tagsüber auf Schicht D und nachts auf Schicht E). Strahlen mit Elevationswinkeln nahe 90° werden von der Ionosphäre reflektiert.

Oberflächenwellen im km-Bereich können aufgrund ihrer guten Beugungsfähigkeit eine Kommunikation über eine Entfernung von bis zu 1000 km oder mehr ermöglichen. Allerdings werden diese Wellen mit der Entfernung stark gedämpft. (Bei 1000 km ist die Oberflächenwelle weniger intensiv als die Raumwelle).

Über sehr große Entfernungen erfolgt die Kommunikation nur über eine räumliche km-Welle. Im Bereich gleicher Intensität der Oberflächen- und Raumwellen wird nahezu Fading beobachtet. Die Bedingungen für die Ausbreitung von km-Wellen sind praktisch unabhängig von der Jahreszeit, dem Grad der Sonnenaktivität und schwach von der Tageszeit abhängig (der Signalpegel ist nachts höher).

Der Empfang im km-Bereich verschlechtert sich selten durch starke atmosphärische Störungen (Gewitter).

Beim Übergang von KM (LW) km in den hektometrischen Bereich nimmt die Leitfähigkeit der Erde und der Ionosphäre ab. ε der Erde und nähert sich ε der Atmosphäre.

Bodenverluste nehmen zu. Wellen dringen tiefer in die Ionosphäre ein. In einer Entfernung von mehreren hundert Kilometern beginnen Himmelswellen zu überwiegen, weil Oberflächen werden von der Erde absorbiert und sterben ab.

In einer Entfernung von etwa 50–200 km sind Oberflächen- und Himmelswellen von gleicher Intensität, und es kann zu einem nahezu Schwund kommen.

Das Verblassen ist häufig und tief.

Mit abnehmendem λ nimmt die Fadingtiefe mit abnehmender Sperrdauer zu.

Besonders starkes Fading bei λ größer 100 m.

Die durchschnittliche Fading-Dauer variiert von wenigen Sekunden (1 Sek.) bis zu mehreren zehn Sekunden.

Die Funkverbindungsbedingungen im Hektometerbereich (CB) sind jahres- und tageszeitabhängig, weil. die D-Schicht verschwindet und die E-Schicht ist höher und es gibt eine große Absorption in der D-Schicht.

Die Kommunikationsreichweite ist nachts größer als tagsüber.

Im Winter verbessern sich die Empfangsbedingungen aufgrund einer Abnahme der Elektronendichte der Ionosphäre und werden in atmosphärischen Feldern geschwächt. In Städten hängt der Empfang stark von industriellen Störungen ab.

VerbreitungWohnmobil- Dekameterbereich (HF).

Bei Bewegung von SW nach SW nehmen die Verluste in der Erde stark zu (die Erde ist ein unvollkommenes Dielektrikum), und in der Atmosphäre (Ionosphäre) nehmen sie ab.

Oberflächenwellen auf natürlichen HF-Funkstrecken sind von geringer Bedeutung (schwache Beugung, starke Absorption).

Funksignale werden gerufen Elektromagnetische Wellen oder elektrische Hochfrequenzschwingungen, die die übertragene Nachricht einkapseln. Zur Signalbildung werden die Parameter hochfrequenter Schwingungen mit Steuersignalen, also Spannungen, die sich nach einem bestimmten Gesetz ändern, verändert (moduliert). Harmonische hochfrequente Schwingungen werden meist als modulierte verwendet:

wo w 0 \u003d 2π F 0 – hohe Trägerfrequenz;

U 0 ist die Amplitude hochfrequenter Schwingungen.

Die einfachsten und am häufigsten verwendeten Steuersignale sind harmonische Schwingung

wobei Ω eine niedrige Frequenz ist, viel kleiner als w 0 ; ψ ist die Anfangsphase; U m - Amplitude sowie Rechteckimpulssignale, die dadurch gekennzeichnet sind, dass der Spannungswert U ex ( T)=U während der Zeitintervalle τ und, Pulsdauer genannt, und ist während des Intervalls zwischen den Pulsen gleich Null (Abb. 1.13). Wert T und wird als Impulswiederholungsperiode bezeichnet; F und =1/ T und ist die Häufigkeit ihrer Wiederholung. Impulsperiodenverhältnis T und zur Dauer τ und wird als Arbeitszyklus bezeichnet Q Impulsprozess: Q=T und /τ und.

Abb.1.13. Rechteckige Impulsfolge

Je nachdem, welcher Parameter der Hochfrequenzschwingung mit Hilfe eines Steuersignals verändert (moduliert) wird, unterscheidet man Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation.

Bei der Amplitudenmodulation (AM) hochfrequenter Schwingungen durch eine niederfrequente Sinusspannung mit der Frequenz Ω mod entsteht ein Signal, dessen Amplitude sich mit der Zeit ändert (Abb. 1.14):

Parameter M=U M / U 0 wird Amplitudenmodulationsfaktor genannt. Seine Werte liegen im Bereich von eins bis null: 1≥m≥0. Modulationsfaktor in Prozent ausgedrückt (d.h. M×100%) wird Amplitudenmodulationstiefe genannt.

Reis. 1.14. Amplitudenmoduliertes Funksignal

Bei der Phasenmodulation (PM) einer hochfrequenten Schwingung durch eine sinusförmige Spannung bleibt die Signalamplitude konstant, und ihre Phase erhält unter dem Einfluss der modulierenden Spannung ein zusätzliches Inkrement Δy: Δy= k FM U m sinW mod T, Wo k FM - Proportionalitätskoeffizient. Ein Hochfrequenzsignal mit Phasenmodulation nach einem Sinusgesetz hat die Form

Bei Frequenzmodulation(FM) Steuersignal ändert die Frequenz hochfrequenter Schwingungen. Wenn sich die Modulationsspannung nach einem Sinusgesetz ändert, ist der Momentanwert der Frequenz der modulierten Schwingungen w \u003d w 0 + k Weltmeisterschaft U m sinW mod T, Wo k FM - Proportionalitätskoeffizient. Die größte Frequenzänderung w gegenüber ihrem Mittelwert w 0 gleich Δw М = k Weltmeisterschaft U m, wird als Frequenzhub bezeichnet. Das frequenzmodulierte Signal kann wie folgt geschrieben werden:

Der Wert gleich dem Verhältnis des Frequenzhubs zur Modulationsfrequenz (Δw m / W mod = M FM) wird als Frequenzmodulationsverhältnis bezeichnet.

Abbildung 1.14 zeigt hochfrequente Signale für AM, PM und FM. In allen drei Fällen wird dieselbe Modulationsspannung verwendet. U mod, ändert sich nach dem symmetrischen Sägezahngesetz U Mod ( T)= k Maud T, Wo k mod >0 im Zeitintervall 0 T 1 und k Maud<0 на отрезке T 1 T 2 (Abb. 1.15, a).

Bei AM bleibt die Signalfrequenz konstant (w 0) und die Amplitude ändert sich nach dem Gesetz der modulierenden Spannung U BIN ( T) = U 0 k Maud T(Abb. 1.15, b).

Das frequenzmodulierte Signal (Abb. 1.15, c) ist durch eine konstante Amplitude und eine sanfte Frequenzänderung gekennzeichnet: w( T) = w0 + k Weltmeisterschaft T. In der Zeitspanne von T=0 bis T 1 steigt die Schwingungsfrequenz vom Wert w 0 auf den Wert w 0 + an k Weltmeisterschaft T 1 und auf dem Segment von T 1 zu T 2 nimmt die Frequenz wieder auf den Wert w 0 ab.

Das phasenmodulierte Signal (Abb. 1.15, d) hat eine konstante Amplitude und Frequenzsprünge. Lassen Sie uns dies analytisch erklären. Bei FM unter Einfluss modulierender Spannung

Abb.1.15. Vergleichsansicht modulierter Schwingungen mit AM, FM und FM:
a - modulierende Spannung; b – amplitudenmoduliertes Signal;
c – frequenzmoduliertes Signal; d - phasenmoduliertes Signal

Signalphase erhält ein zusätzliches Inkrement Δy= k FM T hat also ein Hochfrequenzsignal mit Phasenmodulation nach dem Sägezahngesetz die Form

Also auf dem Intervall 0 T 1 ist die Frequenz w 1 > w 0 , und auf dem Segment T 1 T 2 ist es gleich w 2

Bei der Übertragung einer Impulsfolge, beispielsweise eines binären Digitalcodes (Abb. 1.16, a), können auch AM, FM und FM verwendet werden. Diese Art der Modulation wird Keying oder Telegrafie (AT, CT und FT) genannt.

Abb.1.16. Vergleichende Ansicht manipulierter Oszillationen in AT, PT und FT

Bei der Amplitudentelegraphie wird eine Folge von hochfrequenten Funkimpulsen gebildet, deren Amplitude während der Dauer der Modulationsimpulse τ und konstant und in der übrigen Zeit gleich Null ist (Abb. 1.16, b).

Bei der Frequenztelegraphie wird ein Hochfrequenzsignal mit einer konstanten Amplitude und einer Frequenz gebildet, die zwei mögliche Werte annimmt (Abb. 1.16, c).

Bei der Phasentelegraphie wird ein Hochfrequenzsignal mit konstanter Amplitude und Frequenz gebildet, dessen Phase sich nach dem Gesetz des modulierenden Signals um 180 ° ändert (Abb. 1.16, d).

Vortrag Nr. 5

T Thema #2: Übertragung von DISCRETE-Nachrichten

Vortragsthema: DIGITALE FUNKSIGNALE UND DEREN

Merkmale Einführung

Für Datenübertragungssysteme ist die Anforderung an die Zuverlässigkeit der übertragenen Informationen am wichtigsten. Dies erfordert eine logische Steuerung der Prozesse des Sendens und Empfangens von Informationen. Dies wird möglich, wenn digitale Signale verwendet werden, um Informationen in formalisierter Form zu übertragen. Solche Signale ermöglichen es, die Elementbasis zu vereinheitlichen und Korrekturcodes zu verwenden, die eine signifikante Erhöhung der Störfestigkeit bewirken.

2.1. Discrete Messaging verstehen

Zur Übertragung von diskreten Nachrichten (Daten) werden derzeit in der Regel sogenannte digitale Kommunikationskanäle verwendet.

Nachrichtenträger in digitalen Kommunikationskanälen sind digitale Signale oder Funksignale, wenn Funkkommunikationsleitungen verwendet werden. Die Informationsparameter in solchen Signalen sind Amplitude, Frequenz und Phase. Unter den begleitenden Parametern nimmt die Phase der harmonischen Schwingung einen besonderen Platz ein. Ist die Phase der empfangsseitigen harmonischen Schwingung genau bekannt und wird diese beim Empfang verwendet, so kommt ein solcher Kommunikationskanal in Betracht kohärent. IN inkohärent Im Kommunikationskanal ist die Phase der harmonischen Schwingung auf der Empfangsseite nicht bekannt und es wird angenommen, dass sie nach einem einheitlichen Gesetz im Bereich von 0 bis 2 verteilt ist  .

Der Prozess der Umwandlung diskreter Nachrichten in digitale Signale während der Übertragung und digitaler Signale in diskrete Nachrichten während des Empfangs ist in Abb. 2.1 dargestellt.

Abb.2.1. Der Prozess der Konvertierung diskreter Nachrichten während ihrer Übertragung

Hierbei wird berücksichtigt, dass die Hauptoperationen zum Umwandeln einer diskreten Nachricht in ein digitales Funksignal und umgekehrt dem verallgemeinerten Blockschaltbild des in der letzten Vorlesung besprochenen diskreten Nachrichtenübertragungssystems entsprechen (dargestellt in Abb. 3). Betrachten Sie die wichtigsten Arten von digitalen Funksignalen.

2.2. Eigenschaften digitaler Funksignale

2.2.1. Amplitudengetastete Funksignale (aMn)

Amplitudenumtastung (AMn). Analytischer Ausdruck des AMn-Signals für jeden beliebigen Zeitpunkt T sieht aus wie:

S AMn (T, )= A 0  (T) cos(  T ) , (2.1)

Wo A 0 ,   Und  - Amplitude, zyklische Trägerfrequenz und Anfangsphase des AMn-Funksignals,  (T) – primäres digitales Signal (diskreter Informationsparameter).

Häufig wird auch eine andere Schreibweise verwendet:

S 1 (T) = 0 bei  = 0,

S 2 (T) = A 0 cos(  T ) bei  = 1, 0  T T ,(2.2)

die bei der Analyse von AMn-Signalen in einem Zeitintervall gleich einem Taktintervall verwendet wird T. Als S(T) = 0 bei  = 0, dann wird das AMn-Signal oft als Signal mit passiver Pause bezeichnet. Die Implementierung des AMn-Funksignals ist in Abb. 2.2 dargestellt.

Abb.2.2. Implementierung des AM-Funksignals

Die spektrale Dichte des AMn-Signals hat sowohl eine kontinuierliche als auch eine diskrete Komponente bei der Trägerfrequenz   . Die kontinuierliche Komponente ist die spektrale Dichte des übertragenen digitalen Signals  (T) in den Trägerfrequenzbereich übertragen. Zu beachten ist, dass der diskrete Anteil der Spektraldichte nur bei einer konstanten Anfangsphase des Signals auftritt  . In der Praxis ist diese Bedingung in der Regel nicht erfüllt, da sich die Anfangsphase des Signals durch verschiedene destabilisierende Faktoren zeitlich zufällig ändert, d.h. ist ein Zufallsprozess  (T) und ist gleichmäßig verteilt im Intervall [-  ;  ]. Das Vorhandensein solcher Phasenschwankungen führt zu einem "Verwischen" der diskreten Komponente. Dieses Merkmal ist auch für andere Manipulationsarten charakteristisch. Abbildung 2.3 zeigt die spektrale Dichte des AMn-Funksignals.

Abb.2.3. Spektraldichte des AMn-Funksignals mit einem zufälligen, einheitlichen

verteilt im Intervall [-  ;  ] Anfangsphase 

Die durchschnittliche Leistung des AM-Funksignals ist gleich
. Diese Leistung wird gleichmäßig zwischen den kontinuierlichen und diskreten Komponenten der spektralen Dichte verteilt. Folglich macht im AMn-Funksignal der Anteil des Daueranteils durch die Übertragung von Nutzinformationen nur die Hälfte der vom Sender abgestrahlten Leistung aus.

Zur Bildung des AMn-Funksignals wird üblicherweise eine Vorrichtung verwendet, die eine Änderung des Amplitudenpegels des Funksignals gemäß dem Gesetz des übertragenen primären digitalen Signals bereitstellt  (T) (beispielsweise ein Amplitudenmodulator).