Las señales moduladas son tipos de modulación. Tipos de modulación de señales digitales (manipulación). Métodos de modulación continua.
Mirando hacia adentro la vida cotidiana Con nuevos conceptos, muchos intentan encontrar respuestas a sus preguntas. Por eso es necesario describir cualquier fenómeno. Uno de ellos es el concepto de modulación. Esto se discutirá más a fondo.
Descripción general
La modulación es el proceso de cambiar uno o un conjunto completo de parámetros de vibración de alta frecuencia de acuerdo con la ley de los mensajes de información de baja frecuencia. El resultado de esto es una transferencia del espectro de la señal de control a la región de alta frecuencia, ya que una transmisión eficaz al espacio requiere que todos los dispositivos receptores y transmisores funcionen a diferentes frecuencias sin interrumpirnos. Gracias a este proceso, las vibraciones de la información se depositan en un soporte conocido a priori. La señal de control contiene la información transmitida. La vibración de alta frecuencia asume el papel de portador de información, por lo que adquiere el estatus de portador. La señal de control contiene los datos transmitidos. Hay diferentes tipos modulaciones, que dependen de qué forma de vibración se utilice: rectangular, triangular o alguna otra. En señal discreta Se acostumbra hablar de manipulación. Entonces, la modulación es un proceso que involucra oscilaciones, por lo que puede ser frecuencia, amplitud, fase, etc.
Variedades
Ahora podemos considerar qué tipos de este fenómeno existen. Básicamente, la modulación es un proceso en el que una onda de baja frecuencia se transfiere a una de alta frecuencia. Utilizado con mayor frecuencia los siguientes tipos: frecuencia, amplitud y fase. Cuando cambia la frecuencia, cuando cambia la amplitud, cambia la amplitud y cuando cambia la fase, cambia la fase. También los hay de tipo mixto. La modulación y modificación de pulsos son tipos separados. En este caso, los parámetros de la oscilación de alta frecuencia cambian discretamente.
Amplitud modulada
En sistemas con este tipo de cambio, la amplitud de la onda portadora de alta frecuencia se cambia mediante una onda moduladora. En la salida no sólo se detectan las frecuencias de entrada, sino también su suma y diferencia. En este caso, si la modulación es una onda compleja, como señales de voz que constan de muchas frecuencias, entonces la suma y diferencia de frecuencias requerirá dos bandas, una debajo de la portadora y otra arriba. Se llaman laterales: arriba y abajo. El primero es una copia del original, desplazado a una determinada frecuencia. La banda inferior es una copia de la señal original que ha sido invertida, es decir, las frecuencias altas originales son las frecuencias más bajas en la banda lateral inferior.
El lado inferior es imagen reflejada lado superior en relación con la frecuencia portadora. Un sistema que utiliza modulación de amplitud, transmitiendo la portadora y ambas bandas laterales, se llama bidireccional. El transportista no contiene información útil, por lo que se puede eliminar, pero en cualquier caso el ancho de banda de la señal será el doble que el original. El estrechamiento de la banda se consigue desplazando no sólo la portadora, sino también una de las bandas laterales, ya que contienen la misma información. Este tipo se conoce como modulación de portadora suprimida de banda lateral única.
Demodulación
Este proceso requiere mezclar la señal modulada con una portadora de la misma frecuencia que la emitida por el modulador. Después de esto, la señal original se obtiene como una frecuencia o banda de frecuencia separada y luego se filtra a partir de otras señales. A veces, la portadora para la demodulación se genera localmente, pero no siempre coincide con la frecuencia de la portadora en el propio modulador. Debido a la pequeña diferencia entre frecuencias, aparecen discrepancias, lo cual es típico de los circuitos telefónicos.
EN en este caso utiliza una señal de banda base digital, es decir, permite codificar más de un bit por baudio codificando una señal de datos binarios en una señal con múltiples niveles. Los bits de señales binarias a veces se dividen en pares. Para un par de bits, se pueden utilizar cuatro combinaciones, estando cada par representado por uno de los cuatro niveles de amplitud. Esta señal codificada se caracteriza porque la velocidad de modulación en baudios es la mitad que la señal de datos original, por lo que puede usarse para amplitud modulada de la forma habitual. Encontró su aplicación en las comunicaciones por radio.
Modulación de frecuencia
Los sistemas con tal modulación suponen que la frecuencia portadora cambiará según la forma de la señal moduladora. Este tipo es superior a la amplitud en términos de resistencia a ciertas influencias presentes en la red telefónica, por lo que debe usarse en bajas velocidades, donde no es necesario utilizar una banda de frecuencia grande.
Modulación de amplitud de fase
Para aumentar el número de bits por baudio, puede combinar modulación de fase y amplitud.
Uno de los métodos modernos de modulación de fase de amplitud es aquel que se basa en la transmisión de varias portadoras. Por ejemplo, una aplicación utiliza 48 portadoras separadas por un ancho de banda de 45 Hz. Al combinar la modulación de amplitud y fase, a cada portadora se le asignan hasta 32 estados discretos por período en baudios, lo que permite transportar 5 bits por baudio. Resulta que todo este conjunto te permite transferir 240 bits por baudio. Cuando funciona a 9600 bps, la velocidad de modulación requiere sólo 40 baudios. Una cifra tan baja es bastante tolerante con los saltos de amplitud y fase inherentes a la red telefónica.
Modulación de código de pulso
Este tipo suele considerarse como un sistema de difusión, por ejemplo, de voz en formulario digital. Esta técnica de modulación no se utiliza en módems. Esto implica activar la señal analógica a una velocidad dos veces mayor que el componente de frecuencia más alta de la señal en forma analógica. Cuando se utilizan tales sistemas en redes telefonicas La activación ocurre 8000 veces por segundo. Cada muestra es un nivel de voltaje codificado en un código de siete bits. A de la mejor manera posible representar utiliza codificación logarítmica. Siete bits junto con el octavo, que indica la presencia de una señal, forman un octeto.
La reconstrucción de la señal del mensaje requiere modulación y detección, es decir. proceso inverso. En este caso, la señal se convierte de forma no lineal. Los elementos no lineales enriquecen el espectro de la señal de salida con nuevos componentes espectrales y se utilizan filtros para resaltar los componentes de baja frecuencia. La modulación y detección se pueden realizar utilizando diodos de vacío, transistores y diodos semiconductores como elementos no lineales. Tradicionalmente, mancha diodos semiconductores, ya que la capacitancia de entrada plana es notablemente mayor.
Vistas modernas
Modulación digital proporciona mucho más capacidad de información y proporciona compatibilidad con una variedad de servicios de contenido digital. Además, con su ayuda se aumenta la seguridad de la información, se mejora la calidad de los sistemas de comunicación y se acelera el acceso a ellos.
Hay una serie de limitaciones a las que se enfrentan los desarrolladores de cualquier sistema: potencia permitida y ancho de banda de frecuencia, un nivel de ruido determinado de los sistemas de comunicación. Cada día aumenta el número de usuarios de los sistemas de comunicación, así como la demanda de los mismos, lo que requiere un aumento de los recursos radioeléctricos. La modulación digital se diferencia notablemente de la modulación analógica en que el portador que contiene transmite grandes cantidades de información.
dificultad de uso
A los desarrolladores de sistemas radio digitales La tarea principal es encontrar un compromiso entre el ancho de banda de transmisión de datos y la complejidad del sistema en técnicamente. Para ello conviene utilizar diferentes metodos modulación para obtener el resultado deseado. La comunicación por radio se puede organizar utilizando los circuitos transmisores y receptores más simples, pero para dicha comunicación se utilizará un espectro de frecuencia proporcional al número de usuarios. Los receptores y transmisores más complejos requieren menos ancho de banda para transmitir la misma cantidad de información. Para pasar a métodos de transmisión espectralmente eficientes, es necesario complicar el equipo en consecuencia. Este problema no depende del tipo de conexión.
Opciones alternativas
La modulación por ancho de pulso se caracteriza por el hecho de que su señal portadora es una secuencia de pulsos, mientras que la frecuencia del pulso es constante. Los cambios afectan únicamente a la duración de cada pulso según la señal moduladora.
La modulación por ancho de pulso difiere de la modulación de fase de frecuencia. Este último implica modular la señal en forma de sinusoide. Se caracteriza por una amplitud constante y frecuencia variable o fase. Señales de pulso También se puede modular por frecuencia. La duración de los pulsos puede ser fija y su frecuencia está dentro de un rango determinado, pero su valor instantáneo variará dependiendo de las señales moduladoras.
Conclusiones
se puede utilizar tipos simples Modulación, donde solo un parámetro cambiará según la información de modulación. Un esquema de modulación combinado que se utiliza en equipo moderno para la operación de comunicación, esto es cuando hay un cambio simultáneo tanto en la amplitud como en la fase de la portadora. EN sistemas modernos Se pueden utilizar varias subportadoras, cada una de las cuales utiliza un tipo específico de modulación. En este caso estamos hablando de sobre esquemas de modulación de señal. Este término también se utiliza para vistas complejas de varios niveles, cuando se requiere información adicional para obtener información completa.
Los sistemas de comunicación modernos utilizan los tipos de modulación más eficientes, minimizando así el ancho de banda para liberar espacio de frecuencia para otros tipos de señales. La calidad de la comunicación solo se beneficia de esto, pero la complejidad del equipo en este caso resulta muy alta. En última instancia, la frecuencia de modulación da un resultado visible. usuario final sólo en términos de facilidad de uso de los medios técnicos.
La modulación es un proceso. transformación de una o más características de una oscilación moduladora de alta frecuencia bajo la influencia de una señal de control de baja frecuencia. Como resultado, el espectro de la señal de control se desplaza a la región de alta frecuencia, donde la transmisión de altas frecuencias es más eficiente.
La modulación se realiza con el fin de transmitir información. Los datos transmitidos están contenidos en la señal de control. Y la función de portadora la realiza una oscilación de alta frecuencia, llamada portadora. Como vibraciones portadoras se pueden utilizar oscilaciones de diversas formas: diente de sierra, rectangular, etc., pero normalmente se utilizan sinusoidales armónicas. Según la característica específica de la oscilación sinusoidal que cambia, se distinguen varios tipos de modulación: 
Amplitud modulada
Las señales moduladoras y de referencia se transmiten a la entrada del dispositivo modulador, dando como resultado una señal modulada en la salida. Se considera que la condición para una conversión correcta es el doble del valor de la frecuencia portadora en comparación con valor máximo bandas de banda base. Este tipo de modulación es bastante sencillo de implementar, pero se caracteriza por una baja inmunidad al ruido.
La inestabilidad del ruido se produce debido al estrecho ancho de banda de la señal modulada. Se utiliza principalmente en los rangos de frecuencia media y baja del espectro electromagnético.
Modulación de frecuencia
Como resultado de este tipo de modulación, la señal modula la frecuencia de la señal de referencia en lugar de la potencia. Por lo tanto, si la magnitud de la señal aumenta, la frecuencia aumenta en consecuencia. Debido al hecho de que el ancho de banda de la señal recibida es mucho más amplio que el valor de la señal original.
Esta modulación se caracteriza por una alta inmunidad al ruido, pero para su aplicación es necesario utilizar el rango de alta frecuencia.
Modulación de fase
Durante este tipo de modulación, la señal moduladora utiliza la fase de la señal de referencia. En este tipo modulación, la señal resultante tiene suficiente amplia gama, porque la fase gira 180 grados.
Modulación de fase se utiliza activamente para formar comunicaciones resistentes al ruido en el rango de microondas.
Como señal portadora se pueden utilizar funciones no amortiguadas, ruido, una secuencia de pulsos, etc. modulación de pulso se utiliza una secuencia de pulsos estrechos como señal portadora, y una discreta o señal analógica. Dado que la secuencia de pulsos se caracteriza por 4 características, existen 4 tipos de modulación:
— frecuencia-pulso;
— anchura del impulso;
— impulso de amplitud;
- fase-pulso.
Modulación y sus variedades.
Tipos de modulación
Hay dos tipos de portadoras: armónicas y de impulso.
Para una portadora armónica, son posibles tres tipos de modulación: modulación de amplitud (AM), modulación de fase (PM) y modulación de frecuencia (FM).
Para una portadora de pulso, son posibles cuatro tipos de modulación: amplitud de pulso o modulación de altura de pulso (APM), cuando, de acuerdo con la ley señal transmitida la amplitud de los pulsos cambia, fase de pulso o tiempo de pulso (PPM): la fase de los pulsos cambia, modulación de ancho o duración de pulso (PWM) cuando cambia el ancho de pulso y, finalmente, frecuencia de pulso (PFM) ) - la frecuencia de repetición cambia en pulsos o intervalo de pulso (PIP).
La modulación PPM y PFM se combinan en la modulación en tiempo de pulso (TPM). Existe una conexión entre ellos, similar a la conexión entre la modulación de fase y frecuencia de una oscilación sinusoidal.
Los espectros de PWM, PFM y PIM tienen más mirada compleja que el espectro de la señal AIM.
Las secuencias de impulsos AIM, PWM, PFM y PIM se denominan secuencias de impulsos de vídeo. Si el medio de distribución lo permite, los pulsos de video se transmiten sin conversiones adicionales (por ejemplo, por cable). Sin embargo, es imposible transmitir pulsos de vídeo a través de enlaces de radio. Luego la señal se somete a una segunda etapa de conversión (modulación).
Modulando una oscilación portadora armónica usando pulsos de video, es suficiente frecuencia alta, reciben pulsos de radio que pueden propagarse por el aire. Las señales obtenidas como resultado de una combinación de la primera y segunda etapa de modulación pueden tener los nombres de AIM-AM, FIM-AM, FIM-FM, etc.
Comparación tipos de impulso La modulación muestra que PIM tiene un ancho espectral más pequeño en comparación con PWM y PPM. Sin embargo, estos últimos son más resistentes a las interferencias. Para justificar la elección del método de modulación en un sistema de transmisión, es necesario comparar estos métodos según varios criterios: costos de energía en la transmisión de señales, inmunidad al ruido (la capacidad de las señales moduladas para resistir efectos nocivos interferencias), complejidad del equipo, etc.
Pulsos de vídeo modulados en ancho (PWM) y modulados en fase (PSM).
El efecto de un mensaje sobre un parámetro modulado puede provocar cambios en otros parámetros. Por ejemplo, modulación de frecuencia la portadora armónica va acompañada de un cambio en la fase inicial, y viceversa. Sin embargo, la influencia simultánea sobre varios parámetros se puede realizar de forma deliberada. En este caso, la modulación se llama mixta. Posible, por ejemplo, amplitud-frecuencia y modulación de fase de amplitud portador armónico.
En transmisión multicanal en diferentes parámetros diferentes mensajes pueden verse afectados.
A veces la modulación se lleva a cabo en varias etapas: primero mensaje original modula alguna forma de onda subportadora, luego la señal modulada afecta a la portadora principal. Algunos ejemplos son un sistema FM-AM, en el que el mensaje a(t) modula la forma de onda de la subportadora en frecuencia, y luego la forma de onda de FM modula la portadora principal en amplitud, AM-FM, PWM-PM, etc. Algunos sistemas de modulación de múltiples etapas (por ejemplo, AM-AM, AIM-AM) son equivalentes a la modulación de una sola etapa mediante el mensaje a(t) de alguna portadora condicional, que puede formularse modulando la portadora de la siguiente etapa con el transportista de la primera etapa.
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Métodos continuos modulación.
Métodos de conversión de señales.
Señales eléctricas, que se transmiten en sistemas telemecánicos, se encuentran en la mayoría de los casos en la parte de baja frecuencia del espectro (en el rango de cero a varias decenas de hercios). La transmisión directa de estas señales entre la unidad de control y la unidad de control se utiliza a veces en los llamados sistemas de intensidad, pero el rango sistemas similares limitado y rara vez excede varias decenas de metros, ya que las señales de baja frecuencia son más susceptibles a la interferencia cuando se transmiten a largas distancias. Dado que el ancho de banda de las líneas aéreas de comunicación generalmente comienza en 0,5 kHz, para hacer coincidir la señal de baja frecuencia con la línea de comunicación de alta frecuencia, el espectro de la señal transmitida se transfiere a la región de alta frecuencia.
Para hacer esto, la señal de baja frecuencia se pone en correspondencia inequívoca con uno de los parámetros de la oscilación de alta frecuencia, llamado cojinete. Esta transformación del espectro se llama modulación, y el dispositivo que realiza la modulación es modulador.Las hay continuas, pulsadas y métodos digitales modulación.
Métodos de modulación continua.
En los métodos de modulación continua, se utiliza una onda continua como portadora. oscilación armónica, producido generador de alta frecuencia. Dependiendo de qué parámetro particular de la oscilación de la portadora cambia de acuerdo con el cambio en la señal de baja frecuencia, las modulaciones se distinguen en amplitud (AM), frecuencia (FM) y fase (PM).
consideremos amplitud modulación (Fig. 14.1). Sea una señal de entrada moduladora (ver Fig. 14.1, a) y una oscilación armónica de la portadora. 
(ver Fig. 14.1, a), y la frecuencia portadora es significativamente mayor que la frecuencia de la señal de entrada, y las fases iniciales se tomarán iguales a cero. Como resultado de la modulación, la amplitud de la onda portadora se relaciona con la señal moduladora de la siguiente manera:
¿Dónde está la amplitud de la señal portadora? incógnita- amplitud de la señal de entrada; - coeficiente de modulación.
Entonces la expresión para la señal modulada se verá así
Abriendo los paréntesis, usando el teorema del producto de los cosenos, obtenemos
aquellos. la señal modulada consta de tres componentes con frecuencias , y y, respectivamente, con amplitudes y . Por lo tanto, el ancho de banda de la línea de comunicación debe ser al menos 2 para dicha señal.
Arroz. 14.1. Amplitud modulada: A– señal de entrada; b– señal modulada; V– detective
señal; GRAMO – diagrama de bloques conversión de señal.
Si la señal de entrada es periódica con la frecuencia pero tiene forma compleja, entonces según la transformada de Fourier se puede representar como la suma de los armónicos componentes con frecuencias, etc. En consecuencia, aparecerán componentes con frecuencias en el espectro de la señal modulada. 
etc. Para pulsados y no periódicos. señales de entrada esta serie resulta infinita, pero la potencia de los componentes armónicos superiores es muy pequeña y, en la práctica, el espectro de la señal modulada puede considerarse limitado.
Por lo tanto, independientemente de la forma de la señal, como resultado de la modulación, su espectro se transfiere de la región de baja frecuencia a la región de alta frecuencia: de una frecuencia a otra. La frecuencia de oscilación de alta frecuencia se selecciona según el tipo y el ancho de banda de la línea de comunicación. La oscilación modulada en sí no transporta información, por lo que al recibirla se produce conversión inversa, resaltando la señal de baja frecuencia original. Esta transformación se llama demodulación, y el dispositivo correspondiente demodulador.
Para demodular las oscilaciones de AM, la señal pasa a través de un detector de amplitud, que es un rectificador de onda única o completa. Como resultado, se obtiene una señal demodulada, cuya forma (para un rectificador de onda completa) se muestra en la Fig. 14.1, v. Esta señal contiene un componente original con una frecuencia, para aislarla se utiliza un filtro. bajas frecuencias(filtro de paso bajo) con la respuesta de frecuencia correspondiente.
Desventaja significativa El método de modulación de amplitud es su baja inmunidad al ruido. Esto sucede porque una señal de interferencia con frecuencia , siempre presente en la línea de comunicación, cuando se suma a la señal útil, primero cambia su amplitud. Y dado que la amplitud de la oscilación AM es un parámetro informativo, luego de la demodulación la señal seleccionada (ver Fig. 14.1, GRAMO) notablemente diferente de la señal transmitida.
posee un gran número ventajas señaladas en el artículo “Tipos de señales utilizadas en telecomunicaciones”. Sin embargo, al transmitir a largas distancias (más de 100 metros), comienza a perder una de sus propiedades más importantes: la inmunidad al ruido. Esto se debe a que el medio habitualmente utilizado es el espacio aéreo en el caso de transmisiones por radio y canales de comunicación por cable, y en estos entornos se atenúa muy rápidamente. No es rentable utilizar repetidores cada pocos cientos de metros cuando se transmite a largas distancias. Además, esto no siempre es técnicamente viable, en particular en sistemas celulares distancia máxima de comunicaciones estación móvil() de estación base() puede alcanzar los 35 km. También hay uno más propiedad importante requerido para canal digital comunicaciones - banda ancha. Lo digital con transiciones bruscas entre niveles requiere banda ancha para su traslado. De lo contrario, las transiciones entre niveles se “romperán” y se “borrarán”, lo que puede llevar a alto porcentaje errores. Para resolver los problemas anteriores utilice varios metodos Modulación de señal, que se discutirá en este artículo.
La modulación es el proceso de cambiar cualquier parámetro de la señal portadora bajo la influencia del flujo de información. este término Generalmente se utiliza para señales. En relación con las señales digitales, existe otro término "manipulación", pero a menudo se reemplaza por la misma palabra "modulación", lo que implica que estamos hablando de señales.
Hay 3 tipos principales de manipulación de señales: (modificación por desplazamiento de amplitud (ASK)), (modificación por desplazamiento de frecuencia (FSK)) y (modificación por desplazamiento de fase (PSK)). Este conjunto de manipulaciones está determinado por las características básicas que tiene cualquier señal (ver el artículo “La señal y sus características básicas”).
Y son la base y rara vez se utilizan en la práctica de forma individual. Más a menudo se utilizan sus modificaciones o se combinan entre sí. En particular, el estándar (Sistema Global para Comunicaciones Móviles) utiliza modulación GMSK (modulación gaussiana con modulación por cambio mínimo) en la interfaz de radio: codificación gaussiana con un cambio de fase mínimo. Su principal ventaja es que lo que se manipula con este método ocupa mucho menos ancho de banda de frecuencia que con la manipulación por desplazamiento de fase convencional. Sin embargo, GMSK se basa en la manipulación habitual comentada anteriormente, y esto se desprende claramente incluso del nombre.
Por tanto, la elección de uno u otro método de manipulación está determinada por los requisitos de inmunidad al ruido. ancho de banda canal de comunicación, costo de venta de equipos, etc.
