Az amplitúdómoduláció (AM) a rádiótechnikában a legegyszerűbb és legelterjedtebb módszer az információk nagyfrekvenciás rezgésekbe történő beillesztésére. AM esetén a vivőrezgés amplitúdóinak burkológörbéje olyan törvény szerint változik, amely egybeesik a továbbított üzenet változási törvényével, miközben a rezgés frekvenciája és kezdeti fázisa változatlan marad. Ezért egy amplitúdómodulált rádiójel esetében az általános kifejezés (3.1) helyettesíthető a következővel:

Az A(t) boríték jellegét a továbbított üzenet típusa határozza meg.

Folyamatos kommunikáció mellett (3.1. ábra, a) a modulált rezgés az ábrán látható formát ölti. 3.1b. Az A(t) burkológörbe formailag egybeesik a moduláló funkcióval, azaz a továbbított s(t) üzenettel. A 3.1, b ábra arra a feltételezésre épül, hogy az s(t) függvény konstans komponense egyenlő nullával (ellenkező esetben a vivőoszcilláció amplitúdója a moduláció során nem eshet egybe a modulálatlan oszcilláció amplitúdójával). Az A(t) „lefelé” legnagyobb változás nem lehet nagyobb, mint . A „felfelé” változás elvileg nagyobb is lehet.

Az amplitúdómodulált oszcilláció fő paramétere a modulációs együttható.

Rizs. 3.1. Moduláló függvény (a) és amplitúdómodulált oszcilláció (b)

Ennek a fogalomnak a meghatározása különösen világos a hangmoduláció esetében, amikor a moduláló funkció egy harmonikus rezgés:

Ebben az esetben a modulált rezgés burkológörbéje a következőképpen ábrázolható

hol a modulációs frekvencia; - a boríték kezdeti fázisa; - arányossági együttható; - a burkológörbe változás amplitúdója (3.2. ábra).

Rizs. 3.2. Egy harmonikus függvény által amplitúdójában modulált rezgés

Rizs. 3.3. Az impulzussorozat amplitúdójával modulált oszcilláció

Hozzáállás

modulációs tényezőnek nevezzük.

Így a modulált oszcilláció pillanatnyi értéke

Torzítatlan moduláció esetén az oszcillációs amplitúdó a minimumtól a maximumig változik.

Az amplitúdó változásának megfelelően az időszak átlaga is változik. magas frekvencia modulált oszcillációs teljesítmény. A burkológörbe csúcsai a vivőhullám teljesítményénél 14-szer nagyobb teljesítménynek felelnek meg. A modulációs periódus alatti átlagos teljesítmény arányos az A(t) amplitúdó átlagos négyzetével:

Ez a teljesítmény csak 1-szeresével haladja meg a vivőhullám teljesítményét. Így 100%-os modulációnál (M = 1) a csúcsteljesítmény egyenlő a-val átlagos teljesítmény(át a hordozó rezgésének erejét jelöli). Ez azt mutatja, hogy az üzenet vételkor történő elkülönítésének feltételeit alapvetően meghatározó moduláció miatti oszcilláció erejének növekedése a moduláció határmélységénél sem haladja meg a vivőrezgés teljesítményének felét.

Diszkrét üzenetek továbbításakor, amelyek impulzusok és szünetek váltakozását jelentik (3.3. ábra, a), a modulált oszcilláció rádióimpulzusok sorozatának formája az ábrán látható. 3.3b. Ez azt jelenti, hogy a nagyfrekvenciás kitöltés fázisai mindegyik impulzusban ugyanazok, mint amikor egyetlen folyamatos harmonikus rezgésből "kivágják" őket.

Csak ilyen feltételek mellett, az ábrán látható. 3.3, b, a rádióimpulzusok sorozata csak amplitúdójában modulált oszcillációként értelmezhető. Ha a fázis impulzusról impulzusra változik, akkor vegyes amplitúdó-szög modulációról kell beszélnünk.

Az információcsere elve szerint háromféle rádiókommunikáció létezik:

szimplex rádiókommunikáció;

duplex rádiókommunikáció;

fél duplex rádió.

A rádiókommunikációs csatornában használt berendezés típusától függően a rádiókommunikáció következő típusait különböztetjük meg:

telefon;

távíró;

adatátvitel;

hasonmás;

televízió;

műsorszórás.

Az alkalmazott rádiókommunikációs csatornák típusa szerint a rádiókommunikáció következő típusait különböztetjük meg:

felszíni hullám;

troposzférikus;

ionoszférikus;

meteorikus;

hely;

rádiórelé.

A dokumentált rádiókommunikáció típusai:

távíró kommunikáció;

adatátvitel;

hasonmás.

Távíró kommunikáció - üzenetek továbbítására alfanumerikus szöveg formájában.

Adattovábbítás formalizált információ cseréjére személy és számítógép között vagy számítógép között.

Faxkommunikáció állóképek elektromos jelekkel történő továbbításához.

1 - Telex - elektronikus memóriával rendelkező írógépeket használó szervezetek és intézmények közötti írásbeli levelezés cseréjére;

2 - Tele (videó) szöveg - információ fogadása számítógépről monitorra;

3 - Tele (irodai) fax - faxkészülékek fogadására szolgálnak (akár felhasználóktól, akár vállalkozásoknál).

A következő típusú rádiójeleket széles körben használják a rádióhálózatokban:

A1 - AT CW kulcsozással;

A2 - hangmodulált rezgések manipulálása

ADS - A1 (B1) - OM 50%-os hordozóval

AZA - A1 (B1) - OM 10% hordozóval

AZU1 - A1 (Bl) - OM hordozó nélkül

3. Különböző tartományú rádióhullámok terjedésének jellemzői.

A rádióhullámok terjedése miriméteres, kilométeres és hektométeres tartományban.

Egy adott hatótávolságú rádióhullámok terjedésének természetének felméréséhez ismerni kell annak az anyagi közegnek az elektromos tulajdonságait, amelyben a rádióhullám terjed, pl. ismeri és ε A-t a földről és a légkörről.

A teljes jelenlegi törvény differenciált formában ezt mondja

azok. a mágneses indukció fluxusának időbeli változása vezetési áram és eltolási áram megjelenését okozza.

Írjuk fel ezt az egyenletet az anyagi közeg tulajdonságainak figyelembevételével:

λ < 4 м - диэлектрик

4 m< λ < 400 м – полупроводник

λ > 400 m - vezető

Tengervíz:

λ < 3 м - диэлектрик

3 cm< λ < 3 м – полупроводник

λ > 3 m - vezető

Myriameter hullámhoz (SVD):

λ = 10 ÷ 100 km f = 3 ÷ 30 kHz

és kilométer (DV):

λ = 10 ÷ 1 km f = 30 ÷ 300 kHz

tartományok, a földfelszín elektromos paramétereiben megközelíti az ideális vezetőt, és az ionoszféra rendelkezik a legnagyobb vezetőképességgel és a legalacsonyabb dielektromos állandóval, pl. közel a karmesterhez.

Az LLW és LW RV sávjai gyakorlatilag nem hatolnak be a földbe és az ionoszférába, mivel a felszínükről visszaverődnek, és a természetes rádiópályákon jelentős távolságra terjedhetnek anélkül, hogy jelentős energiaveszteséget okoznának a felszíni és térbeli hullámok.

Mert Mivel a VLF tartomány hullámhossza arányos az ionoszféra alsó határának távolságával, ezért az egyszerű és felületi hullám fogalma értelmét veszti.

Az RV terjedési folyamata gömbhullámvezetőben játszódik le:

Belső oldal - föld

Külső oldal (éjszaka - E réteg, nappal - D réteg)

A hullámvezető folyamatot jelentéktelen energiaveszteség jellemzi.

Optimális lakóautó - 25 ÷ 30 km

Kritikus lakóautó (erős csillapítás) - 100 km vagy több.

A következő jelenségek jellemzőek: - elhalványulás, rádióvisszhang.

Fading (fading) a különböző utakat bejárt és a vételi ponton eltérő fázisú RV-k interferenciája következtében.

Ha a felületi és a térhullámok ellenfázisban vannak a vételi ponton, akkor ez elhalványul.

Ha a térhullámok ellenfázisban vannak a vételi ponton, akkor ez messze fading.

A rádióvisszhang egy jel megismétlődése, amely az ionoszféráról különböző számú alkalommal visszaverődő hullámok egymást követő vétele (rádióvisszhang közelében) vagy a vételi pontra a földgömb megkerülése nélkül és után (távoli rádióvisszhang) érkezik.

A földfelszín stabil tulajdonságokkal rendelkezik, és az ionoszféra ionizációs viszonyait mérő helyek alig befolyásolják az RV VLF tartomány terjedését, ekkor a rádiójel energia értéke napközben, évben és extrém körülmények között is alig változik.

A km-es hullámtartományban mind a felszíni, mind a térbeli hullámok jól kifejeződnek (nappal és éjszaka is), különösen a λ> 3 km-es hullámoknál.

A sugárzás során a felszíni hullámok emelkedési szöge nem haladja meg a 3-4 fokot, és a térhullámok nagy szögben bocsátódnak ki a föld felszínéhez képest.

Az RV km tartomány kritikus beesési szöge nagyon kicsi (nappal a D rétegen, éjszaka pedig az E rétegen). A 90°-hoz közeli emelkedési szögű sugarak visszaverődnek az ionoszféráról.

A km-es hatótávolságú felszíni hullámok jó diffrakciós képességüknek köszönhetően akár 1000 km-es vagy annál nagyobb távolságban is képesek kommunikációt biztosítani. Ezek a hullámok azonban a távolsággal erősen gyengülnek. (1000 km-nél a felszíni hullám kevésbé intenzív, mint a térhullám).

Nagyon nagy távolságokon a kommunikációt csak egy térbeli km-es hullám végzi. A felszíni és a térbeli hullámok azonos intenzitású tartományában közeli halványulás figyelhető meg. A km-es hullámok terjedésének feltételei gyakorlatilag függetlenek az évszaktól, a naptevékenység mértékétől, és gyengén függenek a napszaktól (éjszaka magasabb a jelszint).

A km tartományban a vétel ritkán romlik az erős légköri interferencia (zivatar) miatt.

A KM (LW) km-ről a hektometrikus tartományra való átmenet során a föld és az ionoszféra vezetőképessége csökken. ε a föld és megközelíti a légkör ε-ét.

A talajveszteségek nőnek. A hullámok mélyebbre hatolnak az ionoszférába. Több száz kilométeres távolságban az égbolt hullámai kezdenek uralkodni, mert a felszínieket a föld elnyeli és kihal.

Körülbelül 50-200 km távolságban a felszíni és az égi hullámok egyforma intenzitásúak, és közeli elhalványulás következhet be.

Az elhalványulás gyakori és mély.

A λ csökkenésével a fading mélysége növekszik, ahogy a blokkolási időtartam csökken.

Különösen erős fading 100 m-nél nagyobb λ-nál.

Az elhalványulás átlagos időtartama néhány másodperctől (1 mp) több tíz másodpercig terjed.

A rádiókommunikációs viszonyok a hektométer tartományban (CB) évszaktól és napszaktól függenek, mert. a D réteg eltűnik, és az E réteg magasabb, és a D rétegben nagy abszorpció.

A kommunikációs hatótáv éjjel nagyobb, mint nappal.

Télen a vételi feltételek javulnak az ionoszféra elektronsűrűségének csökkenése miatt, és gyengülnek a légköri mezőkben. A városokban a vétel nagymértékben függ az ipari interferenciától.

TerítésR.V.- dekaméter tartomány (HF).

DNy-ről DNy-ra haladva a veszteségek a földben erősen megnőnek (a föld tökéletlen dielektrikum), a légkörben (ionoszférában) pedig csökkennek.

A természetes HF rádiópályákon fellépő felszíni hullámoknak nincs jelentősége (gyenge diffrakció, erős abszorpció).

A rádiójeleket hívják elektromágneses hullámok vagy elektromos nagyfrekvenciás rezgések, amelyek magukba foglalják a továbbított üzenetet. A jelképzéshez a nagyfrekvenciás rezgések paramétereit vezérlőjelek segítségével változtatják (modulálják), amelyek egy adott törvény szerint változó feszültségek. A harmonikus nagyfrekvenciás rezgéseket általában moduláltként használják:

ahol w 0 \u003d 2π f 0 – magas vivőfrekvencia;

U 0 a nagyfrekvenciás rezgések amplitúdója.

A legegyszerűbb és leggyakrabban használt vezérlőjelek a harmonikus rezgés

ahol Ω alacsony frekvencia, sokkal kisebb, mint w 0 ; ψ a kezdeti fázis; U m - amplitúdó, valamint téglalap alakú impulzusjelek, amelyeket az a tény jellemez, hogy a feszültségérték U ex ( t)=U az impulzusok időtartamának nevezett τ és időintervallumok alatt, és az impulzusok közötti intervallumban nullával egyenlő (1.13. ábra). Érték Tés impulzusismétlési periódusnak nevezik; Fés =1/ Tés az ismétlésük gyakorisága. Impulzus periódus aránya Tés a τ időtartamra, és az úgynevezett munkaciklus K impulzus folyamat: K=Tés /τ és.

1.13. ábra. Téglalap alakú impulzussorozat

Attól függően, hogy a nagyfrekvenciás oszcilláció melyik paraméterét változtatjuk (moduláljuk) vezérlőjel segítségével, megkülönböztetünk amplitúdó-, frekvencia- és fázismodulációt.

A nagyfrekvenciás rezgések amplitúdómodulációjával (AM) Ω mod frekvenciájú kisfrekvenciás szinuszos feszültséggel jel jön létre, amelynek amplitúdója idővel változik (1.14. ábra):

Paraméter m=U m / U A 0-t amplitúdómodulációs tényezőnek nevezzük. Értékei egytől nulláig vannak: 1≥m≥0. Modulációs tényező százalékban kifejezve (pl. m×100%) amplitúdómodulációs mélységnek nevezzük.

Rizs. 1.14. Amplitúdó modulált rádiójel

A nagyfrekvenciás rezgés szinuszos feszültséggel történő fázismodulációjával (PM) a jel amplitúdója állandó marad, és a fázisa a moduláló feszültség hatására további Δy növekedést kap: Δy= k FM U m sinW mod t, Ahol k FM - arányossági együttható. A szinuszos törvény szerinti fázismodulációval rendelkező nagyfrekvenciás jelnek a formája van

Nál nél frekvencia moduláció(FM) vezérlőjel megváltoztatja a nagyfrekvenciás rezgések frekvenciáját. Ha a modulációs feszültség egy szinuszos törvény szerint változik, akkor a modulált rezgések frekvenciájának pillanatnyi értéke w \u003d w 0 + k Világbajnokság U m sinW mod t, Ahol k FM - arányossági együttható. A w frekvencia legnagyobb változása a w 0 átlagos értékéhez képest egyenlő Δw М = k Világbajnokság U m, frekvencia eltérésnek nevezzük. A frekvenciamodulált jel a következőképpen írható fel:

Az az érték, amely megegyezik a frekvenciaeltérés és a modulációs frekvencia arányával (Δw m / W mod = m FM) frekvenciamodulációs aránynak nevezzük.

Az 1.14. ábra az AM, PM és FM nagyfrekvenciás jeleit mutatja. Mindhárom esetben ugyanazt a moduláló feszültséget használjuk. U mod, a szimmetrikus fűrészfogtörvény szerint változik U mod ( t)= k Csíkos útitakaró t, Ahol k mod >0 a 0 időintervallumban t 1 és k Csíkos útitakaró<0 на отрезке t 1 t 2 (1.15. ábra, a).

AM esetén a jelfrekvencia állandó marad (w 0), és az amplitúdó a modulációs feszültség törvényének megfelelően változik U AM ( t) = U 0 k Csíkos útitakaró t(1.15. ábra, b).

A frekvenciamodulált jelet (1.15. ábra, c) állandó amplitúdó és egyenletes frekvenciaváltozás jellemzi: w( t) = w0 + k Világbajnokság t. -tól kezdődően t=0 to t 1 az oszcillációs frekvencia w 0 értékről w 0 + értékre nő k Világbajnokság t 1 , és a től származó szakaszon t 1-től t 2 a frekvencia ismét w 0 értékre csökken.

A fázismodulált jel (1.15. ábra, d) állandó amplitúdójú és frekvenciaugrásos. Magyarázzuk meg ezt analitikusan. FM-mel moduláló feszültség hatására

1.15. ábra. Összehasonlító nézet az AM, FM és FM modulált rezgésekről:
a - moduláló feszültség; b – amplitúdómodulált jel;
c – frekvenciamodulált jel; d - fázismodulált jel

jelfázis további Δy= növekményt kap k FM t, ezért a fűrészfogtörvény szerinti fázismodulációjú nagyfrekvenciás jelnek az a formája van

Így a 0 szegmensen t 1 a frekvencia w 1 >w 0, és a szakaszon t 1 t 2 egyenlő w 2-vel

Impulzussorozat továbbításakor például bináris digitális kód (1.16. ábra, a), AM, FM és FM is használható. Az ilyen típusú modulációt kulcsolásnak vagy távírásnak (AT, CT és FT) nevezik.

1.16. Az AT, PT és FT manipulált oszcillációinak összehasonlító képe

Az amplitúdó távírással nagyfrekvenciás rádióimpulzusok sorozata jön létre, amelynek amplitúdója a τ és moduláló impulzusok időtartama alatt állandó, a többi időben pedig nullával egyenlő (1.16. ábra, b).

Frekvenciatávírással nagyfrekvenciás jelet képeznek állandó amplitúdóval és olyan frekvenciával, amely két lehetséges értéket vesz fel (1.16. ábra, c).

A fázistávírással állandó amplitúdójú és frekvenciájú nagyfrekvenciás jel jön létre, amelynek fázisa 180 ° -kal változik a moduláló jel törvénye szerint (1.16. ábra, d).

5. előadás

T 2. téma: DISZKRÉT üzenetek továbbítása

Az előadás témája: DIGITÁLIS RÁDIÓJELEK ÉS AZOK

Jellemzők Bevezetés

Az adatátviteli rendszerek esetében a továbbított információ megbízhatóságának követelménye a legfontosabb. Ez megköveteli az információtovábbítási és -vételi folyamatok logikai szabályozását. Ez akkor válik lehetővé, ha digitális jeleket használnak az információ formalizált formában történő továbbítására. Az ilyen jelek lehetővé teszik az elembázis egységesítését és olyan korrekciós kódok használatát, amelyek jelentős mértékben növelik a zajtűrést.

2.1. A diszkrét üzenetküldés megértése

Jelenleg a diszkrét üzenetek (adatok) továbbítására általában az úgynevezett digitális kommunikációs csatornákat használják.

A digitális kommunikációs csatornákon az üzenethordozók digitális jelek vagy rádiójelek, ha rádiókommunikációs vonalakat használnak. Az ilyen jelekben az információs paraméterek az amplitúdó, a frekvencia és a fázis. A kísérő paraméterek között kiemelt helyet foglal el a harmonikus rezgés fázisa. Ha pontosan ismerjük a vevőoldali harmonikus rezgés fázisát és ezt használjuk a vételkor, akkor egy ilyen kommunikációs csatornát tekintünk összefüggő. BAN BEN összefüggéstelen A kommunikációs csatornában a harmonikus rezgés fázisa a vevő oldalon nem ismert, és feltételezhető, hogy az egységes törvény szerint oszlik el a 0 és 2 közötti tartományban.  .

A 2.1. ábra szemlélteti a diszkrét üzenetek digitális jelekké alakításának folyamatát az átvitel során, és a digitális jeleket a vétel során.

2.1. A diszkrét üzenetek átalakításának folyamata azok átvitele során

Itt figyelembe vesszük, hogy a diszkrét üzenet digitális rádiójellé alakításának fő műveletei és fordítva megfelelnek a diszkrét üzenetátviteli rendszer előző előadásban tárgyalt általánosított blokkvázlatának (a 3. ábrán látható). Tekintsük a digitális rádiójelek fő típusait.

2.2. A digitális rádiójelek jellemzői

2.2.1. Amplitúdóeltolásos kulcsú rádiójelek (aMn)

Amplitúdó eltolás kulcsolás (AMn). Az AMn jel analitikai kifejezése bármely időpillanatban túgy néz ki, mint a:

s AMn (t, )= A 0  (t) kötözősaláta(  t ) , (2.1)

Ahol A 0 ,   És  - az AMn rádiójel amplitúdója, ciklikus vivőfrekvenciája és kezdeti fázisa,  (t) – elsődleges digitális jel (diszkrét információs paraméter).

Egy másik írásmódot gyakran használnak:

s 1 (t) = 0 nál nél  = 0,

s 2 (t) = A 0 kötözősaláta(  t ) nál nél  = 1, 0  t T ,(2.2)

amelyet az AMn jelek elemzésénél használnak egy órajel intervallumban T. Mert s(t) = 0 órakor  = 0, akkor az AMn jelet gyakran passzív szünettel rendelkező jelnek nevezik. Az AMn rádiójel megvalósítását a 2.2. ábra mutatja.

2.2. AM rádiójel megvalósítása

Az AMn jel spektrális sűrűségének van egy folytonos és egy diszkrét komponense a vivőfrekvencián   . A folytonos komponens az átvitt digitális jel spektrális sűrűsége  (t) átkerült a vivőfrekvencia tartományba. Meg kell jegyezni, hogy a spektrális sűrűség diszkrét komponense csak a jel állandó kezdeti fázisában lép fel.  . A gyakorlatban ez a feltétel általában nem teljesül, mivel különböző destabilizáló tényezők hatására a jel kezdeti fázisa időben véletlenszerűen változik, pl. egy véletlenszerű folyamat  (t) és egyenletesen oszlik el a [-  ;  ]. Az ilyen fázisingadozások jelenléte a diszkrét komponens „elmosódásához” vezet. Ez a tulajdonság más típusú manipulációkra is jellemző. A 2.3. ábra az AMn rádiójel spektrális sűrűségét mutatja.

2.3. ábra. Az AMn rádiójel spektrális sűrűsége véletlenszerűen, egyenletesen

intervallumban elosztva [-  ;  ] kezdeti fázis 

Az AM rádiójel átlagos teljesítménye egyenlő
. Ez a teljesítmény egyenlően oszlik meg a spektrális sűrűség folytonos és diszkrét komponensei között. Ebből következően az AMn rádiójelben a hasznos információ átviteléből adódó folyamatos komponens részesedése az adó által kibocsátott teljesítménynek csak a felét teszi ki.

Az AMn rádiójel kialakításához általában olyan eszközt használnak, amely a rádiójel amplitúdó szintjének változását biztosítja a továbbított elsődleges digitális jel törvényének megfelelően.  (t) (például egy amplitúdómodulátor).