Модуляция в системах радиовещания и связи

Как правило, спектр информационных сигналов, которые передают­ся по каналу связи, в частности речи, сосредоточен в ограниченной низ­кочастотной области. С другой стороны, радиосвязь на требуемом рас­стоянии обеспечивается в диапазонах достаточно высоких частот. Пе­редавать низкочастотную информацию по высокочастотной линии связи позволяет использование модуляции [26, 99, 143]. Модуляция — это процесс изменения параметров физического носителя по определенно­му закону, в качестве физического носителя в радиосвязи использует­ся высокочастотное колебание (модулируемое), обычно гармоническое. Закон изменения определяется передаваемым сообщением (модули­рующим колебанием). Результирующее колебание с изменяющимися во времени параметрами называется модулированным сигналом. Для выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания на приемной стороне необходим обратный процесс — демодуляция.

Модулирующий сигнал в случае передачи информации от несколь­ких источников по одной линии радиосвязи может быть сложным: мно­гоканальным при частотном уплотнении каналов, цифровым группо­вым при временном уплотнении, с исходными сигналами на поднесущих и др.

В качестве модулируемого может выступать либо аналоговое ко­лебание с тремя изменяемыми параметрами: амплитуда, частота, фа­за, либо периодическая последовательность прямоугольных импульсов, также с тремя параметрами: амплитуда, длительность, частота повто­рения импульсов.

В зависимости от вида модулирующего, модулируемого сигнала и модулируемых параметров можно предложить следующую классифика­цию видов модуляции (табл. 5.2).

При передаче дискретных сигналов вместо термина – «модуляция» применяется термин «манипуляция» (Keying или Shift Keying). Комби­нированная манипуляция предполагает одновременное изменение не­скольким параметров несущей (наиболее часто — амплитуды и фазы).

Структура радиолинии передачи данных может быть представле­на в упрощенном виде (рис. 5.1).

Исходный сигнал, например звуковой, поступающий на вход си­стемы в аналоговой форме, подвергается в кодере источника аналого-цифровому преобразованию, а затем кодированию, которое устраняет избыточность первичной информации. В аналоговых системах передачи эквивалентом такого кодирования являются частотная фильтрация, выделяющая только информативный участок спектра в частности для речевых сообщений, и компрессия динамического диапазона

Таблица 5.2 Классификация видов модуляции

Рис. 5.1 Типовая структура радиолинии передачи данных

В кодере канала осуществляется помехоустойчивое кодирование. В передаваемое сообщение вводятся дополнительные символы, которые позволяют провести на приемной стороне коррекцию ошибок, возни­кающих при передаче в физическом канале с помехами. Существует несколько схем кодирования, применение то1 или иной схемы зависит от задач, возлагаемых на систему связи, и характеристик канала. В ана­логовых системах эквивалентом канального кодирования можно считать предискажения, вводимые в модулирующий сигнал.

Следующей процедурой на передающей стороне является модуля­ция. От выбора вида и параметров модуляции зависит, будет ли си­стема передачи иметь хорошую помехоустойчивость, энергетическую и спектральную эффективность. Как правило, в современных системах процедура модуляции объединена с процедурой канального кодирова­ния, что дополнительно повышает качество радиолинии.

Канал распространения радиосигнала, как было отмечено, характе­ризуется наличием помех, характер которых зависит от диапазона, вре­мени суток, сезона, географического местоположения и электромагнит­ной обстановки. Различают аддитивные и мультипликативные помехи. В первом случае помеха, будь то шум, узкополосное или импульсное излучение, суммируется с сигналом, во втором — происходит перемножение помехи и сигнала, как, например, при замирении в КВ диапазоне.

Обработка принятого сигнала происходит в обратной последовательности. Он демодулируется, декодируется (обе операции часто вы­ступают какодин неразделимый процесс) и восстанавливается с мак­симально возможным приближением до первичного сообщения. Это восстановленное сообщение и поступает конечному пользователю.