Modulasi amplitudo (AM) adalah metode paling sederhana dan paling umum dalam rekayasa radio untuk memasukkan informasi ke dalam osilasi frekuensi tinggi. Dengan AM, amplop amplitudo osilasi pembawa berubah sesuai dengan hukum yang sesuai dengan hukum perubahan dalam pesan yang ditransmisikan, sedangkan frekuensi dan fase awal osilasi dipertahankan tidak berubah. Oleh karena itu, untuk sinyal radio termodulasi amplitudo, persamaan umum (3.1) dapat diganti sebagai berikut:

Sifat amplop A(t) ditentukan oleh jenis pesan yang dikirimkan.

Dengan komunikasi kontinu (Gbr. 3.1, a), osilasi termodulasi mengambil bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 3.1b. Amplop A(t) bertepatan dalam bentuk dengan fungsi modulasi, yaitu dengan pesan yang dikirimkan s (t). Gambar 3.1, b dibangun dengan asumsi bahwa komponen konstan dari fungsi s(t) sama dengan nol (jika tidak, amplitudo osilasi pembawa selama modulasi mungkin tidak sesuai dengan amplitudo osilasi yang tidak termodulasi). Perubahan terbesar A(t) "turun" tidak boleh lebih besar dari . Perubahan "naik", pada prinsipnya, bisa lebih besar.

Parameter utama osilasi termodulasi amplitudo adalah koefisien modulasi.

Beras. 3.1. Fungsi modulasi (a) dan osilasi termodulasi amplitudo (b)

Definisi konsep ini sangat jelas untuk modulasi nada, ketika fungsi modulasi adalah osilasi harmonik:

Dalam hal ini, amplop osilasi termodulasi dapat direpresentasikan sebagai

dimana frekuensi modulasi; - fase awal amplop; - koefisien proporsionalitas; - amplitudo amplop berubah (Gbr. 3.2).

Beras. 3.2. Osilasi dimodulasi dalam amplitudo oleh fungsi harmonik

Beras. 3.3. Osilasi dimodulasi oleh amplitudo rangkaian pulsa

Sikap

disebut faktor modulasi.

Dengan demikian, nilai sesaat dari osilasi termodulasi

Dengan modulasi yang tidak terdistorsi, amplitudo osilasi bervariasi dari minimum hingga maksimum.

Sesuai dengan perubahan amplitudo, rata-rata untuk periode tersebut juga berubah. frekuensi tinggi daya osilasi termodulasi. Puncak amplop sesuai dengan kekuatan yang 14 kali lebih besar dari kekuatan gelombang pembawa Daya rata-rata selama periode modulasi sebanding dengan kuadrat rata-rata amplitudo A(t):

Kekuatan ini melebihi kekuatan gelombang pembawa hanya dengan faktor 1. Jadi, pada modulasi 100% (M = 1), daya puncak sama dengan a kekuatan rata rata(melalui menunjukkan kekuatan osilasi pembawa). Ini menunjukkan bahwa peningkatan kekuatan osilasi akibat modulasi, yang pada dasarnya menentukan kondisi untuk mengisolasi pesan pada penerimaan, bahkan pada kedalaman modulasi terbatas tidak melebihi setengah kekuatan osilasi pembawa.

Saat mentransmisikan pesan diskrit, yang merupakan pergantian pulsa dan jeda (Gbr. 3.3, a), osilasi termodulasi berbentuk urutan pulsa radio yang ditunjukkan pada Gambar. 3.3b. Ini berarti bahwa fase pengisian frekuensi tinggi di masing-masing pulsa sama dengan saat "dipotong" dari satu osilasi harmonik kontinu.

Hanya dalam kondisi ini, ditunjukkan pada Gambar. 3.3, b, urutan pulsa radio dapat diartikan sebagai osilasi yang dimodulasi hanya dalam amplitudo. Jika fase berubah dari pulsa ke pulsa, maka kita harus berbicara tentang modulasi sudut amplitudo campuran.

Menurut prinsip pertukaran informasi, ada tiga jenis komunikasi radio:

komunikasi radio simpleks;

komunikasi radio dupleks;

radio setengah dupleks.

Menurut jenis peralatan yang digunakan dalam saluran komunikasi radio, jenis komunikasi radio berikut ini dibedakan:

telepon;

telegrap;

transmisi data;

faksimil;

televisi;

penyiaran.

Menurut jenis saluran komunikasi radio yang digunakan, jenis komunikasi radio berikut dibedakan:

gelombang permukaan;

troposfer;

yg berkenaan dgn ionosfir;

meteorik;

ruang angkasa;

relai radio.

Jenis komunikasi radio yang terdokumentasi:

komunikasi telegraf;

transfer data;

faksimil.

Komunikasi telegraf - untuk pengiriman pesan dalam bentuk teks alfanumerik.

Transfer data untuk pertukaran informasi formal antara seseorang dan komputer atau antara komputer.

Komunikasi faks untuk transmisi gambar diam dengan sinyal listrik.

1 - Telex - untuk pertukaran korespondensi tertulis antara organisasi dan institusi menggunakan mesin tik dengan memori elektronik;

2 - Teks tele (video) - untuk menerima informasi dari komputer ke monitor;

3 - Tele (biro) faks - mesin faks digunakan untuk menerima (baik dari pengguna atau di perusahaan).

Jenis sinyal radio berikut banyak digunakan dalam jaringan radio:

A1 - AT dengan kunci CW;

A2 - manipulasi osilasi termodulasi nada

ADS - A1 (B1) - OM dengan pembawa 50%.

AZA - A1 (B1) - OM dengan pembawa 10%.

AZU1 - A1 (Bl) - OM tanpa operator

3. Fitur perambatan gelombang radio dari berbagai rentang.

Propagasi gelombang radio rentang myriameter, kilometer dan hektometer.

Untuk menilai sifat perambatan gelombang radio pada jarak tertentu, perlu diketahui sifat kelistrikan media material tempat gelombang radio merambat, yaitu tahu dan ε A bumi dan atmosfer.

Hukum arus total dalam bentuk diferensial mengatakan itu

itu. perubahan waktu fluks induksi magnetik menyebabkan munculnya arus konduksi dan arus perpindahan.

Mari kita tulis persamaan ini dengan mempertimbangkan sifat-sifat media material:

λ < 4 м - диэлектрик

4 m< λ < 400 м – полупроводник

λ > 400 m - konduktor

Air laut:

λ < 3 м - диэлектрик

3 cm< λ < 3 м – полупроводник

λ > 3 m - konduktor

Untuk gelombang myriameter (SVD):

λ = 10 ÷ 100 km f = 3 ÷ 30 kHz

dan kilometer (DV):

λ = 10 ÷ 1 km f = 30 ÷ 300 kHz

rentang, permukaan bumi dalam parameter kelistrikannya mendekati konduktor yang ideal, dan ionosfer memiliki konduktivitas tertinggi dan konstanta dielektrik terendah, mis. dekat dengan konduktor.

Pita RV LLW dan LW praktis tidak menembus bumi dan ionosfer, dipantulkan dari permukaannya, dan dapat merambat di sepanjang jalur radio alami dalam jarak yang cukup jauh tanpa kehilangan energi yang signifikan oleh gelombang permukaan dan spasial.

Karena Karena panjang gelombang rentang VLF sepadan dengan jarak ke batas bawah ionosfer, konsep gelombang sederhana dan permukaan kehilangan maknanya.

Proses propagasi RV dianggap berlangsung dalam pandu gelombang bola:

Sisi dalam - tanah

Sisi luar (pada malam hari - lapisan E, pada siang hari - lapisan D)

Proses pandu gelombang ditandai dengan kehilangan energi yang tidak signifikan.

RV Optimal - 25 ÷ 30 km

RV kritis (pelemahan kuat) - 100 km atau lebih.

Fenomena berikut melekat: - memudar, gema radio.

Fading (fading) sebagai akibat dari interferensi RV yang telah menempuh jalur yang berbeda dan memiliki fase yang berbeda pada titik penerima.

Jika gelombang permukaan dan spasial berada dalam antifase di titik penerima, maka ini memudar.

Jika gelombang spasial berada dalam antiphase pada titik penerima, maka ini adalah fading yang jauh.

Gema radio adalah pengulangan sinyal sebagai hasil penerimaan gelombang berturut-turut yang dipantulkan dari ionosfer beberapa kali (dekat gema radio) atau tiba di titik penerima tanpa dan setelah mengelilingi dunia (gema radio jauh).

Permukaan bumi memiliki sifat yang stabil, dan tempat untuk mengukur kondisi ionisasi ionosfer memiliki pengaruh yang kecil terhadap perambatan rentang RV VLF, kemudian nilai energi sinyal radio berubah sedikit pada siang hari, tahun dan dalam kondisi ekstrim.

Pada rentang gelombang km, baik gelombang permukaan maupun spasial terekspresikan dengan baik (siang dan malam hari), terutama pada gelombang λ> 3 km.

Gelombang permukaan selama radiasi memiliki sudut elevasi tidak lebih dari 3-4 derajat, dan gelombang spasial dipancarkan pada sudut yang besar ke permukaan bumi.

Sudut kejadian kritis dari rentang RV km sangat kecil (pada siang hari di lapisan D, dan pada malam hari di lapisan E). Sinar dengan sudut elevasi mendekati 90° dipantulkan dari ionosfer.

Gelombang permukaan dengan jangkauan km, karena kemampuan difraksinya yang baik, dapat menyediakan komunikasi pada jarak hingga 1000 km atau lebih. Namun, gelombang ini sangat dilemahkan dengan jarak. (Pada 1000 km, gelombang permukaan kurang kuat dibandingkan gelombang spasial).

Untuk jarak yang sangat jauh, komunikasi hanya dilakukan oleh gelombang km spasial. Di wilayah dengan intensitas gelombang permukaan dan spasial yang sama, hampir memudar diamati. Kondisi perambatan gelombang km praktis tidak bergantung pada musim, tingkat aktivitas matahari, dan sedikit bergantung pada waktu siang hari (tingkat sinyal lebih tinggi di malam hari).

Penerimaan dalam jarak km jarang memburuk karena interferensi atmosfer yang kuat (badai petir).

Dalam transisi dari KM (LW) km ke kisaran hektometrik, konduktivitas bumi dan ionosfer menurun. ε bumi dan mendekati ε atmosfer.

Kerugian tanah terus meningkat. Gelombang menembus lebih dalam ke ionosfer. Pada jarak beberapa ratus kilometer, gelombang langit mulai mendominasi, karena yang permukaan diserap oleh bumi dan mati.

Pada jarak kira-kira 50–200 km, gelombang permukaan dan langit memiliki intensitas yang sama dan hampir memudar dapat terjadi.

Pudarnya sering dan dalam.

Saat λ berkurang, kedalaman fading meningkat seiring dengan berkurangnya durasi pemblokiran.

Fading yang sangat kuat pada λ lebih besar dari 100 m.

Durasi rata-rata pemudaran bervariasi dari beberapa detik (1 detik) hingga beberapa puluh detik.

Kondisi komunikasi radio dalam kisaran hektometer (CB) tergantung pada musim dan waktu, karena. lapisan D menghilang, dan lapisan E lebih tinggi, dan ada penyerapan yang besar di lapisan D.

Jangkauan komunikasi pada malam hari lebih besar dibandingkan siang hari.

Di musim dingin, kondisi penerimaan meningkat karena penurunan kerapatan elektron ionosfer dan melemah di medan atmosfer. Di kota-kota, penerimaan sangat bergantung pada campur tangan industri.

MenyebarR.V.- rentang dekameter (HF).

Saat berpindah dari SW ke SW, kerugian di bumi meningkat pesat (bumi adalah dielektrik yang tidak sempurna), dan di atmosfer (ionosfer) berkurang.

Gelombang permukaan pada jalur radio HF alami tidak begitu penting (difraksi lemah, penyerapan kuat).

Sinyal radio disebut gelombang elektromagnetik atau getaran listrik berfrekuensi tinggi yang merangkum pesan yang dikirimkan. Untuk membentuk sinyal, parameter osilasi frekuensi tinggi diubah (dimodulasi) menggunakan sinyal kontrol, yaitu tegangan yang berubah sesuai dengan hukum yang diberikan. Osilasi frekuensi tinggi harmonik biasanya digunakan sebagai yang termodulasi:

dimana w 0 \u003d 2π F 0 – frekuensi pembawa tinggi;

AS 0 adalah amplitudo osilasi frekuensi tinggi.

Sinyal kontrol yang paling sederhana dan paling umum digunakan adalah osilasi harmonik

di mana Ω adalah frekuensi rendah, jauh lebih kecil dari w 0 ; ψ adalah fase awal; AS m - amplitudo, serta sinyal pulsa persegi panjang, yang dicirikan oleh fakta bahwa nilai tegangan AS mantan ( T)=AS selama interval waktu τ dan, disebut durasi pulsa, dan sama dengan nol selama interval antar pulsa (Gbr. 1.13). Nilai T dan disebut periode pengulangan pulsa; F dan =1/ T dan adalah frekuensi pengulangan mereka. Rasio Periode Pulsa T dan durasi τ dan disebut siklus kerja Q proses impuls: Q=T dan /τ dan.

Gambar 1.13. Kereta pulsa persegi panjang

Bergantung pada parameter osilasi frekuensi tinggi mana yang diubah (dimodulasi) menggunakan sinyal kontrol, amplitudo, frekuensi, dan modulasi fase dibedakan.

Dengan modulasi amplitudo (AM) dari osilasi frekuensi tinggi oleh tegangan sinusoidal frekuensi rendah dengan frekuensi Ω mod, sinyal terbentuk, amplitudonya berubah seiring waktu (Gbr. 1.14):

Parameter M=AS M / AS 0 disebut faktor modulasi amplitudo. Nilainya berkisar dari satu hingga nol: 1≥m≥0. Faktor modulasi dinyatakan sebagai persentase (mis. M×100%) disebut kedalaman modulasi amplitudo.

Beras. 1.14. Sinyal radio termodulasi amplitudo

Dengan modulasi fase (PM) dari osilasi frekuensi tinggi oleh tegangan sinusoidal, amplitudo sinyal tetap konstan, dan fasenya menerima peningkatan tambahan Δy di bawah pengaruh tegangan modulasi: Δy= k FM AS m sinW mod T, Di mana k FM - koefisien proporsionalitas. Sinyal frekuensi tinggi dengan modulasi fase menurut hukum sinusoidal berbentuk

Pada modulasi frekuensi(FM) sinyal kontrol mengubah frekuensi osilasi frekuensi tinggi. Jika tegangan modulasi berubah sesuai dengan hukum sinusoidal, maka nilai sesaat dari frekuensi osilasi termodulasi w \u003d w 0 + k Piala Dunia AS m sinW mod T, Di mana k FM - koefisien proporsionalitas. Perubahan terbesar dalam frekuensi w sehubungan dengan nilai rata-rata w 0 sama dengan Δw М = k Piala Dunia AS m, disebut deviasi frekuensi. Sinyal termodulasi frekuensi dapat ditulis sebagai berikut:

Nilai sama dengan rasio deviasi frekuensi terhadap frekuensi modulasi (Δw m / W mod = M FM) disebut rasio modulasi frekuensi.

Gambar 1.14 menunjukkan sinyal frekuensi tinggi untuk AM, PM dan FM. Dalam ketiga kasus tersebut, tegangan modulasi yang sama digunakan. AS mod, berubah sesuai dengan hukum gigi gergaji simetris AS mod ( T)= k Maud T, Di mana k mod >0 pada interval waktu 0 T 1 dan k Maud<0 на отрезке T 1 T 2 (Gbr. 1.15, a).

Dengan AM, frekuensi sinyal tetap konstan (w 0), dan amplitudo berubah sesuai dengan hukum tegangan modulasi AS SAYA ( T) = AS 0 k Maud T(Gbr. 1.15, b).

Sinyal termodulasi frekuensi (Gbr. 1.15, c) dicirikan oleh amplitudo konstan dan perubahan frekuensi yang mulus: w( T) = w0 + k Piala Dunia T. Dalam rentang waktu dari T=0 sampai T 1 frekuensi osilasi meningkat dari nilai w 0 ke nilai w 0 + k Piala Dunia T 1 , dan di segmen dari T 1 sampai T 2 frekuensi berkurang lagi ke nilai w 0 .

Sinyal termodulasi fase (Gbr. 1.15, d) memiliki amplitudo konstan dan lompatan frekuensi. Mari kita jelaskan secara analitik. Dengan FM di bawah pengaruh tegangan modulasi

Gambar 1.15. Tampilan komparatif osilasi termodulasi dengan AM, FM dan FM:
a - tegangan modulasi; b – sinyal termodulasi amplitudo;
c – sinyal termodulasi frekuensi; d - sinyal termodulasi fase

fase sinyal menerima tambahan tambahan Δy= k FM T, oleh karena itu, sinyal frekuensi tinggi dengan modulasi fase menurut hukum gigi gergaji berbentuk

Jadi, pada segmen 0 T 1 frekuensinya adalah w 1 >w 0 , dan pada segmen T 1 T 2 sama dengan w2

Saat mentransmisikan urutan pulsa, misalnya, kode digital biner (Gbr. 1.16, a), AM, FM, dan FM juga dapat digunakan. Jenis modulasi ini disebut keying atau telegrafi (AT, CT dan FT).

Gambar 1.16. Tampilan komparatif osilasi yang dimanipulasi di AT, PT dan FT

Dengan telegrafi amplitudo, urutan pulsa radio frekuensi tinggi terbentuk, yang amplitudonya konstan selama durasi pulsa modulasi τ dan, dan sama dengan nol untuk sisa waktu (Gbr. 1.16, b).

Dengan telegrafi frekuensi, sinyal frekuensi tinggi dibentuk dengan amplitudo konstan dan frekuensi yang mengambil dua kemungkinan nilai (Gbr. 1.16, c).

Dengan telegrafi fase, sinyal frekuensi tinggi dibentuk dengan amplitudo dan frekuensi konstan, fase yang berubah 180 ° sesuai dengan hukum sinyal modulasi (Gbr. 1.16, d).

Kuliah #5

T tema #2: Transmisi pesan DISCRETE

Topik kuliah: SINYAL RADIO DIGITAL DAN MEREKA

Fitur Pendahuluan

Untuk sistem transmisi data, persyaratan keandalan informasi yang dikirimkan adalah yang paling penting. Ini membutuhkan kontrol logis dari proses transmisi dan penerimaan informasi. Ini menjadi mungkin ketika sinyal digital digunakan untuk mengirimkan informasi dalam bentuk formal. Sinyal semacam itu memungkinkan untuk menyatukan basis elemen dan menggunakan kode koreksi yang memberikan peningkatan kekebalan kebisingan yang signifikan.

2.1. Memahami Pesan Diskrit

Saat ini, untuk transmisi pesan diskrit (data), biasanya digunakan saluran komunikasi digital.

Pembawa pesan dalam saluran komunikasi digital adalah sinyal digital atau sinyal radio jika saluran komunikasi radio digunakan. Parameter informasi dalam sinyal tersebut adalah amplitudo, frekuensi dan fase. Di antara parameter yang menyertainya, fase osilasi harmonik menempati tempat khusus. Jika fase osilasi harmonik di sisi penerima diketahui dengan tepat dan ini digunakan saat menerima, maka saluran komunikasi semacam itu dianggap koheren. DI DALAM kacau Dalam saluran komunikasi, fase osilasi harmonik di sisi penerima tidak diketahui dan diasumsikan didistribusikan menurut hukum yang seragam dalam kisaran dari 0 hingga 2  .

Proses mengubah pesan diskrit menjadi sinyal digital selama transmisi dan sinyal digital menjadi pesan diskrit selama penerimaan diilustrasikan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Proses mengubah pesan diskrit selama transmisi mereka

Di sini diperhitungkan bahwa operasi utama untuk mengubah pesan diskrit menjadi sinyal radio digital dan sebaliknya sesuai dengan diagram blok umum dari sistem transmisi pesan diskrit yang dibahas dalam kuliah terakhir (ditunjukkan pada Gambar 3). Pertimbangkan jenis utama sinyal radio digital.

2.2. Karakteristik sinyal radio digital

2.2.1. Sinyal radio kunci pergeseran amplitudo (aMn)

Penguncian pergeseran amplitudo (AMn). Ekspresi analitik dari sinyal AMn untuk setiap saat T seperti:

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

Di mana A 0 ,   Dan  - amplitudo, frekuensi pembawa siklik dan fase awal sinyal radio AMn,  (T) – sinyal digital primer (parameter informasi diskrit).

Bentuk tulisan lain sering digunakan:

S 1 (T) = 0 pada  = 0,

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

yang digunakan dalam analisis sinyal AMn dalam interval waktu sama dengan satu interval clock T. Karena S(T) = 0 jam  = 0, maka sinyal AMn sering disebut sebagai sinyal dengan jeda pasif. Implementasi sinyal radio AMn ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Implementasi sinyal radio AM

Kepadatan spektral sinyal AMn memiliki komponen kontinu dan diskrit pada frekuensi pembawa   . Komponen kontinyu adalah kerapatan spektral dari sinyal digital yang ditransmisikan  (T) ditransfer ke wilayah frekuensi pembawa. Perlu dicatat bahwa komponen diskrit dari kerapatan spektral hanya terjadi pada fase awal sinyal yang konstan  . Dalam praktiknya, sebagai aturan, kondisi ini tidak terpenuhi, karena sebagai akibat dari berbagai faktor destabilisasi, fase awal sinyal berubah secara acak dalam waktu, mis. adalah proses acak  (T) dan terdistribusi secara merata dalam interval [-  ;  ]. Kehadiran fluktuasi fase seperti itu menyebabkan "pengkaburan" komponen diskrit. Fitur ini juga merupakan karakteristik dari jenis manipulasi lainnya. Gambar 2.3 menunjukkan kerapatan spektral dari sinyal radio AMn.

Gambar 2.3. Kepadatan spektral sinyal radio AMn dengan acak, seragam

didistribusikan dalam interval [-  ;  ] tahap awal 

Kekuatan rata-rata sinyal radio AM sama dengan
. Kekuatan ini didistribusikan secara merata antara komponen kontinu dan diskrit dari kerapatan spektral. Akibatnya, dalam sinyal radio AMn, bagian dari komponen kontinu karena transmisi informasi yang berguna hanya menyumbang setengah dari daya yang dipancarkan oleh pemancar.

Untuk membentuk sinyal radio AMn, biasanya digunakan perangkat yang memberikan perubahan tingkat amplitudo sinyal radio sesuai dengan hukum sinyal digital primer yang ditransmisikan.  (T) (misalnya, modulator amplitudo).