Принципы общения — Введение

Слово «общение» происходит от латинского слова «commūnicāre», что означает «делиться». Коммуникация является основным шагом для обмена информацией.

Например, ребенок в колыбели с криком общается, что ей нужна мама. Корова громко кричит, когда она в опасности. Человек общается с помощью языка. Общение — это мост, которым нужно делиться.

Общение может быть определено как процесс обмена информацией с помощью таких средств, как слова, действия, знаки и т. Д., Между двумя или более лицами.

Потребность в общении

Для любого живого существа, когда он сосуществует, возникает необходимость обмена некоторой информацией. Всякий раз, когда возникает необходимость в обмене информацией, должны существовать некоторые средства коммуникации. Хотя средством общения может быть что угодно, например жесты, знаки, символы или язык, необходимость в общении неизбежна.

Язык и жесты играют важную роль в общении между людьми, а звуки и действия важны для общения с животными. Однако, когда какое-то сообщение должно быть передано, связь должна быть установлена.

Части системы связи

Любая система, которая обеспечивает связь, состоит из трех важных и основных частей, как показано на следующем рисунке.

• Отправитель — это человек, который отправляет сообщение. Это может быть передающая станция, с которой передается сигнал.

• Канал — это среда, по которой сигналы сообщения проходят до места назначения.

• Получатель — это человек, который получает сообщение. Это может быть приемная станция, где принятый сигнал принимается.

Отправитель — это человек, который отправляет сообщение. Это может быть передающая станция, с которой передается сигнал.

Канал — это среда, по которой сигналы сообщения проходят до места назначения.

Получатель — это человек, который получает сообщение. Это может быть приемная станция, где принятый сигнал принимается.

Что такое сигнал?

Передача информации некоторыми средствами, такими как жесты, звуки, действия и т. Д., Может быть названа сигналом . Следовательно, сигнал может быть источником энергии, который передает некоторую информацию . Этот сигнал помогает установить связь между отправителем и получателем.

Электрический импульс или электромагнитная волна, которая проходит расстояние для передачи сообщения, может быть названа сигналом в системах связи.

В зависимости от своих характеристик сигналы в основном подразделяются на два типа: аналоговые и цифровые. Аналоговые и цифровые сигналы дополнительно классифицируются, как показано на следующем рисунке.

Аналоговый сигнал

Непрерывный изменяющийся во времени сигнал, который представляет изменяющуюся во времени величину, можно назвать аналоговым сигналом . Этот сигнал продолжает изменяться во времени в соответствии с мгновенными значениями величины, которая его представляет.

пример

Давайте рассмотрим кран, который наполняет бак емкостью 100 литров в час (с 6 утра до 7 утра). Часть заполнения бака варьируется в зависимости от времени. Это означает, что через 15 минут (6:15 утра) четвертая часть бака заполняется, тогда как в 6:45 утра заполняется 3/4 бака.

Если вы попытаетесь отобразить различные порции воды в аквариуме в зависимости от времени, это будет выглядеть следующим образом.

Поскольку результат, показанный на этом изображении, изменяется (увеличивается) в зависимости от времени, эту изменяющуюся во времени величину можно понимать как Аналоговую величину. Сигнал, который представляет это условие с помощью наклонной линии на рисунке, является аналоговым сигналом . Связь, основанная на аналоговых сигналах и аналоговых значениях, называется аналоговой связью .

Цифровой сигнал

Сигнал, который является дискретным по природе или который не является непрерывным по форме, можно назвать цифровым сигналом . Этот сигнал имеет отдельные значения, обозначенные отдельно, которые не основаны на предыдущих значениях, как если бы они были получены в этот конкретный момент времени.

пример

Давайте рассмотрим класс с 20 учениками. Если их посещаемость в неделю строится, это будет выглядеть следующим образом.

На этом рисунке значения указаны отдельно. Например, посещаемость класса в среду составляет 20, тогда как в субботу — 15. Эти значения можно рассматривать индивидуально и раздельно или дискретно, поэтому они называются дискретными значениями .

Двоичные цифры, которые имеют только 1 и 0, в основном называются цифровыми значениями . Следовательно, сигналы, которые представляют 1 и 0, также называются цифровыми сигналами . Связь, основанная на цифровых сигналах и цифровых значениях, называется цифровой связью .

Периодический сигнал

Любой аналоговый или цифровой сигнал, который повторяет свою схему в течение определенного периода времени, называется периодическим сигналом . Этот сигнал постоянно повторяется, и его легко предположить или рассчитать.

пример

Если мы рассмотрим машины в отрасли, процесс, который происходит один за другим, является непрерывной и повторяющейся процедурой. Например, заготовка и сортировка сырья, обработка материала партиями, упаковка продуктов один за другим и т. Д. Повторяют определенную процедуру несколько раз.

Такой процесс, будь то аналоговый или цифровой, может быть графически представлен следующим образом.

Апериодический сигнал

Любой аналоговый или цифровой сигнал, который не повторяет своего паттерна в течение определенного периода времени, называется апериодическим сигналом . Этот сигнал имеет свой паттерн продолженным, но паттерн не повторяется, и его не так легко предположить или рассчитать.

пример

Повседневный распорядок дня человека, если рассматривать его, состоит из множества видов работ, которые занимают разные промежутки времени для разных произведений. Временной интервал или работа не повторяются непрерывно. Например, человек не будет постоянно чистить зубы с утра до ночи, причем с одинаковым периодом времени.

Такой процесс, будь то аналоговый или цифровой, может быть графически представлен следующим образом.

В общем, сигналы, которые используются в системах связи, являются аналоговыми по своей природе, которые передаются в аналоговом виде или преобразуются в цифровые, а затем передаются в зависимости от требований.

Но для того, чтобы сигнал передавался на расстояние, без влияния каких-либо внешних помех или добавления шума и без затухания, он должен пройти процесс, называемый модуляцией , который обсуждается в следующей главе.

Принципы коммуникации — модуляция

Сигнал может быть чем-то вроде звуковой волны, которая появляется, когда вы кричите. Этот крик слышен только на определенном расстоянии. Но для того, чтобы одна и та же волна распространялась на большое расстояние, вам понадобится метод, который добавляет силу этому сигналу, не нарушая параметров исходного сигнала.

Что такое модуляция сигнала?

Сигнал, несущий сообщение, должен передаваться на расстояние, и для установления надежной связи ему необходим высокочастотный сигнал, который не должен влиять на исходные характеристики сигнала сообщения.

Характеристики сигнала сообщения, в случае изменения сообщения, содержащегося в нем, также изменяются. Следовательно, необходимо позаботиться о сигнале сообщения. Высокочастотный сигнал может распространяться на большие расстояния без воздействия внешних помех. Мы используем помощь такого высокочастотного сигнала, который называется сигналом несущей, для передачи сигнала нашего сообщения. Такой процесс называется просто модуляцией.

Модуляция — это процесс изменения параметров несущего сигнала в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала.

Необходимость модуляции

Сигналы основной полосы частот несовместимы для прямой передачи. Для такого сигнала, чтобы преодолевать большие расстояния, его сила должна быть увеличена путем модуляции высокочастотной несущей, которая не влияет на параметры модулирующего сигнала.

Преимущества модуляции

Антенна, используемая для передачи, должна была быть очень большой, если модуляция не была введена. Диапазон связи ограничен, так как волна не может распространяться на расстояние без искажения.

Ниже приведены некоторые преимущества реализации модуляции в системах связи.

• Размер антенны уменьшается.
• Микширование сигналов не происходит.
• Дальность связи увеличивается.
• Происходит мультиплексирование сигналов.
• Регулировка в полосе пропускания разрешена.
• Качество приема улучшается.

Сигналы в процессе модуляции

Ниже приведены три типа сигналов в процессе модуляции.

Сообщение или модулирующий сигнал

Сигнал, который содержит сообщение, подлежащее передаче, называется сигналом сообщения . Это сигнал основной полосы частот, который должен пройти процесс модуляции для передачи. Следовательно, он также называется модулирующим сигналом .

Сигнал несущей

Высокочастотный сигнал, который имеет определенную фазу, частоту и амплитуду, но не содержит информации, называется сигналом несущей . Это пустой сигнал. Он просто используется для передачи сигнала на приемник после модуляции.

Модулированный сигнал

Результирующий сигнал, после процесса модуляции, называется модулированным сигналом . Этот сигнал является комбинацией модулирующего сигнала и сигнала несущей.

Типы модуляции

Существует много видов модуляции. В зависимости от используемых методов модуляции они классифицируются, как показано на следующем рисунке.

Типы модуляции в целом подразделяются на непрерывно-волновую модуляцию и импульсную модуляцию.

Непрерывно-волновая модуляция

В модуляции непрерывной волны в качестве несущей используется высокочастотная синусоидальная волна. Это далее разделено на амплитуду и угловую модуляцию.

• Если амплитуда высокочастотной несущей волны изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала, то такой метод называется амплитудной модуляцией .

• Если угол несущей волны изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала, то такая методика называется угловой модуляцией .

  Угловая модуляция дополнительно делится на частотную и фазовую модуляцию.

  • Если частота несущей волны изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала, то такой метод называется частотной модуляцией .

  • Если фаза высокочастотной несущей волны изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала, то такой метод называется фазовой модуляцией .

Если амплитуда высокочастотной несущей волны изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала, то такой метод называется амплитудной модуляцией .

Если угол несущей волны изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала, то такая методика называется угловой модуляцией .

Угловая модуляция дополнительно делится на частотную и фазовую модуляцию.

Если частота несущей волны изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала, то такой метод называется частотной модуляцией .

Если фаза высокочастотной несущей волны изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего сигнала, то такой метод называется фазовой модуляцией .

Импульсная модуляция

В импульсной модуляции периодическая последовательность прямоугольных импульсов используется в качестве несущей волны. Это далее разделено на аналоговую и цифровую модуляцию.

В методе аналоговой модуляции , если амплитуда, длительность или положение импульса изменяются в соответствии с мгновенными значениями модулирующего сигнала основной полосы частот, тогда такой метод называется импульсной амплитудной модуляцией (PAM) или импульсной длительностью / шириной модуляции (PDM). / PWM) , или импульсная модуляция положения (PPM) .

В цифровой модуляции используется метод модуляции с импульсной кодовой модуляцией (PCM), в котором аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму, состоящую из 1 и 0. Поскольку в результате получается последовательность закодированных импульсов, это называется PCM. Это далее развивается как дельта-модуляция (DM) , которая будет обсуждаться в последующих главах. Следовательно, PCM — это метод, в котором аналоговые сигналы преобразуются в цифровую форму.

Принципы общения — шум

В любой системе связи во время передачи сигнала или во время приема сигнала в связь вводится некоторый нежелательный сигнал, что делает его неприемлемым для приемника, ставя под сомнение качество связи. Такое нарушение называется шумом .

Что такое шум?

Шум — это нежелательный сигнал, который мешает исходному сигналу сообщения и искажает параметры сигнала сообщения. Это изменение в процессе коммуникации приводит к изменению сообщения. Скорее всего, он будет введен на канале или приемнике.

Шумовой сигнал можно понять, взглянув на следующий пример.

Следовательно, понятно, что шум — это некоторый сигнал, который не имеет шаблона и не имеет постоянной частоты или амплитуды. Это совершенно случайно и непредсказуемо. Обычно принимаются меры по его снижению, хотя это не может быть полностью устранено.

Наиболее распространенные примеры шума —

• Hiss звук в радиоприемниках

• Звук гудения среди телефонных разговоров

• Мерцание в телевизионных приемниках и т. Д.

Hiss звук в радиоприемниках

Звук гудения среди телефонных разговоров

Мерцание в телевизионных приемниках и т. Д.

Эффекты шума

Шум является неудобной функцией, которая влияет на производительность системы. Ниже приведены эффекты шума.

Шум ограничивает рабочий диапазон систем

Шум косвенно накладывает ограничение на самый слабый сигнал, который может быть усилен усилителем. Генератор в цепи смесителя может ограничивать свою частоту из-за шума. Работа системы зависит от работы ее цепей. Шум ограничивает наименьший сигнал, который приемник способен обрабатывать.

Шум влияет на чувствительность приемников

Чувствительность — это минимальное количество входного сигнала, необходимое для получения заданного качества на выходе. Шум влияет на чувствительность приемной системы, что в конечном итоге влияет на выход.

Типы шума

Классификация шума выполняется в зависимости от типа источника, эффекта, который он показывает, или его отношения с приемником и т. Д.

Существует два основных способа получения шума. Один через некоторый внешний источник, в то время как другой создается внутренним источником внутри секции приемника.

Внешний источник

Этот шум создается внешними источниками, которые обычно могут возникать в среде или канале связи. Этот шум не может быть полностью устранен. Лучший способ — избежать влияния шума на сигнал.

Примеры

Наиболее распространенные примеры этого типа шума:

• Атмосферный шум (из-за неровностей в атмосфере).

• Внеземной шум, такой как солнечный шум и космический шум.

• Промышленный шум.

Атмосферный шум (из-за неровностей в атмосфере).

Внеземной шум, такой как солнечный шум и космический шум.

Промышленный шум.

Внутренний Источник

Этот шум создается компонентами приемника во время работы. Компоненты в цепях из-за непрерывного функционирования могут создавать несколько типов шума. Этот шум поддается количественной оценке. Правильная конструкция приемника может снизить влияние этого внутреннего шума.

Примеры

Наиболее распространенные примеры этого типа шума:

• Шум при тепловом возбуждении (шум Джонсона или электрический шум).

• Шум выстрела (из-за случайного движения электронов и дырок).

• Транзитный шум (во время перехода).

• Разные шумы — это другой тип шума, который включает мерцание, эффект сопротивления, шум, создаваемый микшером, и т. Д.

Шум при тепловом возбуждении (шум Джонсона или электрический шум).

Шум выстрела (из-за случайного движения электронов и дырок).

Транзитный шум (во время перехода).

Разные шумы — это другой тип шума, который включает мерцание, эффект сопротивления, шум, создаваемый микшером, и т. Д.

Сигнал-шум

Отношение сигнал / шум (SNR) — это отношение мощности сигнала к мощности шума . Чем выше значение SNR, тем выше будет качество полученного вывода.

Отношение сигнал / шум в разных точках можно рассчитать с помощью следующих формул:

InputSNR=(SNR)I= fracСредняямощностьofofмодулирующийсигналСредняямощностьofnoiseatinput $$Input \: SNR = (SNR) _I = \ frac {Средняя \: мощность \: of \: of \: модулирующий \: сигнал} {Средняя \: мощность \: of \: noise \: at \: input}$$

ВыводSNR=(SNR)O= fracСредняямощностьofдемодулированныйсигналСредняямощностьofnoiseatoutput $$Вывод \: SNR = (SNR) _O = \ frac {Средняя \: мощность \: of \: демодулированный \: сигнал} {Средняя \: мощность \: of \: noise \: at \: output}$$

КаналSNR=(SNR)C= fracСредняямощностьofмодулированныйсигналСредняямощностьofnoiseinmessagebandwidth $$Канал \: SNR = (SNR) _C = \ frac {Средняя \: мощность \: of \: модулированный \: сигнал} {Средняя \: мощность \: of \: noise \: in \: message \: bandwidth}$$

Фигура заслуги

Отношение выходного SNR к входному SNR можно обозначить как показатель качества (F) . Обозначается через F. Описывает производительность устройства.

$$F = \ frac {(SNR) _O} {(SNR) _I}$$

Показатель качества приемника —

$$F = \ frac {(SNR) _O} {(SNR) _C}$$

Это так, потому что для приемника канал является входом.

Анализ сигналов

Чтобы проанализировать сигнал, он должен быть представлен. Это представление в системах связи бывает двух типов:

• Представление в частотной области и
• Представление во временной области.

Рассмотрим два сигнала с частотами 1 кГц и 2 кГц. Оба они представлены во временной и частотной областях, как показано на следующем рисунке.

Анализ во временной области, дает поведение сигнала в течение определенного периода времени. В частотной области сигнал анализируется как математическая функция по отношению к частоте.

Представление в частотной области необходимо там, где выполняется обработка сигнала, такая как фильтрация, усиление и микширование.

Например, если рассматривается сигнал, такой как следующий, подразумевается, что в нем присутствует шум.

Частота исходного сигнала может составлять 1 кГц, но шум определенной частоты, который искажает этот сигнал, неизвестен. Однако, когда тот же сигнал представлен в частотной области с использованием анализатора спектра, он наносится на график, как показано на следующем рисунке.

Здесь мы можем наблюдать несколько гармоник, которые представляют шум, вносимый в исходный сигнал. Следовательно, представление сигнала помогает в анализе сигналов.

Анализ частотной области помогает в создании желаемых волновых паттернов. Например, двоичные битовые комбинации в компьютере, шаблоны Лиссажу в CRO и т. Д. Анализ во временной области помогает понять такие битовые комбинации.

Амплитудная модуляция

Среди типов методов модуляции основной классификацией является модуляция с непрерывной волной и импульсная модуляция. Методы непрерывной волновой модуляции подразделяются на амплитудную модуляцию и угловую модуляцию .

Непрерывная волна идет непрерывно без каких-либо интервалов, и это сигнал сообщения основной полосы частот, который содержит информацию. Эта волна должна быть модулирована.

Согласно стандартному определению, «амплитуда несущего сигнала изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала». Это означает, что амплитуда несущего сигнала, который не содержит никакой информации, изменяется в соответствии с амплитудой сигнала на каждом мгновенный, который содержит информацию. Это можно хорошо объяснить следующими рисунками.

Модулирующая волна, которая показана первой, является сигналом сообщения. Следующей является несущая волна, которая является высокочастотным сигналом и не содержит никакой информации. В то время как последний является результирующей модулированной волной.

Можно наблюдать, что положительные и отрицательные пики несущей волны взаимосвязаны с воображаемой линией. Эта линия помогает воссоздать точную форму модулирующего сигнала. Эта воображаемая линия на несущей волне называется огибающей . Это то же самое, что и сигнал сообщения.

Математическое выражение

Ниже приведены математические выражения для этих волн.

Представление волн во временной области

Пусть модулирующий сигнал будет —

$$m (t) = A_mcos (2 \ pi f_mt)$$

Пусть сигнал несущей будет —

$$c (t) = A_ccos (2 \ pi f_ct)$$

Где A _m = максимальная амплитуда модулирующего сигнала

A _c = максимальная амплитуда несущего сигнала

Стандартная форма амплитудно-модулированной волны определяется как —

$$S (t) = A_c [1 + K_am (t)] cos (2 \ pi f_ct)$$

$$S (t) = A_c [1+ \ mu cos (2 \ pi f_mt)] cos (2 \ pi f_ct)$$

$$Где, \ mu = K_aA_m$$

Индекс модуляции

Несущая волна, после модуляции, если вычисляется модулированный уровень, то такая попытка называется индексом модуляции или глубиной модуляции . Он устанавливает уровень модуляции, которому подвергается несущая волна.

Максимальные и минимальные значения огибающей модулированной волны представлены A _max и A _min соответственно.

Давайте попробуем разработать уравнение для индекса модуляции.

$$A_ {max} = A_c (1+ \ mu)$$

Поскольку при A _max значение cos θ равно 1

$$A_ {min} = A_c (1- \ mu)$$

Так как при A _min значение cos θ равно -1

$$\ frac {A_ {max}} {A_ {min}} = \ frac {1+ \ mu} {1- \ mu}$$

$$A_ {max} - \ mu A_ {max} = A_ {min} + \ mu A_ {min}$$

$$- \ mu (A_ {max} + A_ {min}) = A_ {min} -A_ {max}$$

$$\ mu = \ frac {A_ {max} -A_ {min}} {A_ {max} + A_ {min}}$$

Отсюда получается уравнение для индекса модуляции. µ обозначает индекс модуляции или глубину модуляции. Это часто обозначается в процентах и ​​называется процентной модуляцией . Это степень модуляции, обозначенная в процентах, и обозначенная как m .

Для идеальной модуляции значение индекса модуляции должно быть 1, что означает, что глубина модуляции должна быть 100%.

Например, если это значение меньше 1, т. Е. Индекс модуляции равен 0,5, то модулированный выходной сигнал будет выглядеть следующим образом. Это называется недомодуляцией. Такая волна называется немодулированной волной .

Если значение индекса модуляции больше 1, т. Е. 1,5 или около того, то волна будет перемодулированной волной . Это будет выглядеть следующим образом.

Когда значение индекса модуляции увеличивается, несущая испытывает разворот фазы на 180 °, что вызывает дополнительные боковые полосы и, следовательно, волна искажается. Такая перемодулированная волна вызывает помехи, которые невозможно устранить.

Полоса пропускания амплитудной модуляции

Ширина полосы — это разница между самой низкой и самой высокой частотами сигнала.

Для амплитудно-модулированной волны ширина полосы определяется как

$$BW = f_ {USB} -f_ {LSB}$$

$$(F_C + f_m) - (F_C-f_m)$$

$$= 2f_m = 2W$$

Где W — пропускная способность сообщения

Следовательно, мы узнали, что ширина полосы, требуемая для амплитудно-модулированной волны, в два раза превышает частоту модулирующего сигнала.

Боковая модуляция

В процессе амплитудной или фазовой модуляции модулированная волна состоит из несущей и двух боковых полос. Модулированный сигнал имеет информацию во всей полосе, кроме несущей частоты.

боковая полоса

Боковая полоса — это полоса частот, содержащая мощность, которые представляют собой нижнюю и верхнюю частоты несущей частоты. Обе боковые полосы содержат одинаковую информацию. Представление амплитудно-модулированной волны в частотной области показано на следующем рисунке.

Обе боковые полосы на изображении содержат одинаковую информацию. Передача такого сигнала, который содержит несущую вместе с двумя боковыми полосами, может называться двухполосной системой с полной несущей или просто DSB-FC . Он построен, как показано на следующем рисунке.

Однако такая передача неэффективна. Две трети энергии тратится впустую на несущей, которая не несет никакой информации.

Если эта несущая подавляется и сэкономленная мощность распределяется по двум боковым полосам , такой процесс называется системой с двухполосной подавленной несущей или просто DSBSC . Он построен, как показано на следующем рисунке.

Теперь мы получаем идею, что, поскольку две боковые полосы несут одну и ту же информацию дважды, почему мы не можем подавить одну боковую полосу. Да, это возможно

Процесс подавления одной из боковых полос вместе с несущей и передачи одной боковой полосы называется системой с подавленной несущей с одной боковой полосой или просто SSB-SC или SSB . Он построен, как показано на следующем рисунке.

Эта система SSB-SC или SSB, которая передает одну боковую полосу, имеет высокую мощность, поскольку мощность, выделенная как для несущей, так и для другой боковой полосы, используется при передаче этой одной боковой полосы (SSB) .

Следовательно, модуляция, выполненная с использованием этого метода SSB, называется SSB Modulation .

Боковая модуляция — преимущества

Преимущества модуляции SSB:

• Ширина полосы или занимаемая площадь спектра меньше, чем у сигналов AM и DSB.

• Допускается передача большего количества сигналов.

• Власть сохранена.

• Сигнал высокой мощности может быть передан.

• Меньшее количество шума присутствует.

• Затухание сигнала менее вероятно.

Ширина полосы или занимаемая площадь спектра меньше, чем у сигналов AM и DSB.

Допускается передача большего количества сигналов.

Власть сохранена.

Сигнал высокой мощности может быть передан.

Меньшее количество шума присутствует.

Затухание сигнала менее вероятно.

Модуляция боковой полосы — недостатки

Недостатками модуляции SSB являются —

• Генерация и обнаружение сигнала SSB является сложным процессом.

• Качество сигнала ухудшается, если передатчик и приемник SSB не имеют превосходной стабильности частоты.

Генерация и обнаружение сигнала SSB является сложным процессом.

Качество сигнала ухудшается, если передатчик и приемник SSB не имеют превосходной стабильности частоты.

Боковая модуляция — Приложения

Приложения модуляции SSB —

• Для требований энергосбережения и низкой пропускной способности.

• В наземной, воздушной и морской мобильной связи.

• В двухточечной связи.

• В радиосвязи.

• В телевидении, телеметрии и радиолокации.

• В военных сообщениях, таких как любительское радио и т. Д.

Для требований энергосбережения и низкой пропускной способности.

В наземной, воздушной и морской мобильной связи.

В двухточечной связи.

В радиосвязи.

В телевидении, телеметрии и радиолокации.

В военных сообщениях, таких как любительское радио и т. Д.

VSB Модуляция

В случае модуляции SSB, когда боковая полоса пропускается через фильтры, полосовой фильтр может не работать идеально на практике. В результате чего часть информации может быть потеряна.

Следовательно, чтобы избежать этой потери, выбирается метод, который представляет собой компромисс между DSB-SC и SSB , называемый методом рудиментарной боковой полосы (VSB) . Слово «остаток» означает «часть», из которой происходит название.

Рудимент боковой полосы

Обе боковые полосы не требуются для передачи, так как это пустая трата. Но одна полоса при передаче ведет к потере информации. Следовательно, эта техника развивалась.

Модуляция рудиментарной боковой полосы или VSB-модуляция — это процесс, при котором часть сигнала, называемая пережитком , модулируется вместе с одной боковой полосой. Сигнал VSB можно построить, как показано на следующем рисунке.

Наряду с верхней боковой полосой часть нижней боковой полосы также передается в этом методе. Защитная полоса очень малой ширины укладывается с обеих сторон VSB во избежание помех. VSB модуляция в основном используется в телевизионных передачах.

Пропускная способность передачи

Ширина полосы пропускания модулированной волны VSB представлена ​​как —

$$B = (f_ {m} + f_ {v}) Гц$$

Куда,

f _m = ширина полосы сообщения

f _v = ширина рудиментарной боковой полосы

VSB Modulation — Преимущества

Ниже приведены преимущества VSB —

• Очень эффективным.

• Сокращение пропускной способности.

• Конструкция фильтра проста, так как высокая точность не требуется.

• Передача низкочастотных компонентов возможна без затруднений.

• Обладает хорошими фазовыми характеристиками.

Очень эффективным.

Сокращение пропускной способности.

Конструкция фильтра проста, так как высокая точность не требуется.

Передача низкочастотных компонентов возможна без затруднений.

Обладает хорошими фазовыми характеристиками.

VSB Модуляция — Недостатки

Ниже приведены недостатки ВСБ —

• Пропускная способность по сравнению с SSB больше.

• Демодуляция сложна.

Пропускная способность по сравнению с SSB больше.

Демодуляция сложна.

VSB Modulation — Применение

Наиболее выдающееся и стандартное применение VSB — для передачи телевизионных сигналов . Кроме того, это наиболее удобный и эффективный метод, когда рассматривается использование полосы пропускания.

---

Угловая Модуляция

Другим типом модуляции в непрерывно-волновой модуляции является угловая модуляция . Угловая модуляция — это процесс, в котором частота или фаза несущей изменяется в зависимости от сигнала сообщения. Это далее разделено на частотную и фазовую модуляцию.

• Частотная модуляция — это процесс линейного изменения частоты сигнала несущей с сигналом сообщения.

• Фазовая модуляция — это процесс линейного изменения фазы сигнала несущей с сигналом сообщения.

Частотная модуляция — это процесс линейного изменения частоты сигнала несущей с сигналом сообщения.

Фазовая модуляция — это процесс линейного изменения фазы сигнала несущей с сигналом сообщения.

Давайте теперь обсудим эти темы более подробно.

Модуляция частоты

При амплитудной модуляции амплитуда несущей изменяется. Но в частотной модуляции (ЧМ) частота несущего сигнала изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала.

Амплитуда и фаза сигнала несущей остается постоянной, тогда как частота несущей изменяется. Это может быть лучше понято при соблюдении следующих рисунков.

Частота модулированной волны остается постоянной как частота несущей волны, когда сигнал сообщения равен нулю. Частота увеличивается, когда сигнал сообщения достигает максимальной амплитуды.

Это означает, что с увеличением амплитуды модулирующего сигнала или сигнала сообщения несущая частота увеличивается. Аналогично, с уменьшением амплитуды модулирующего сигнала частота также уменьшается.

Математическое представление

Пусть несущая частота будет f _c

Частота при максимальной амплитуде сигнала сообщения = f _c + Δf

Частота при минимальной амплитуде сигнала сообщения = f _c — Δf

Разница между ЧМ модулированной частотой и нормальной частотой называется отклонением частоты и обозначается как Δf .

Отклонение частоты несущего сигнала от высокого к низкому или от низкого к высокому можно назвать колебанием несущей .

Размах несущей = 2 × отклонение частоты

= 2 × Δf

Уравнение для FM WAVE

Уравнение для FM-волны —

$$s (t) = A_ccos [W_ct + 2 \ pi k_fm (t)]$$

Куда,

A _c = амплитуда носителя

w _c = угловая частота несущей = 2πf _c

m (t) = сигнал сообщения

FM можно разделить на узкополосный FM и широкополосный FM .

Узкополосный FM

Особенности узкополосного FM следующие:

• Эта частотная модуляция имеет небольшую полосу пропускания.

• Индекс модуляции небольшой.

• Его спектр состоит из несущей, USB и LSB.

• Это используется в мобильной связи, такой как полицейская радиосвязь, машины скорой помощи, такси и т. Д.

Эта частотная модуляция имеет небольшую полосу пропускания.

Индекс модуляции небольшой.

Его спектр состоит из несущей, USB и LSB.

Это используется в мобильной связи, такой как полицейская радиосвязь, машины скорой помощи, такси и т. Д.

Широкополосный FM

Особенности широкополосного FM следующие:

• Эта частотная модуляция имеет бесконечную полосу пропускания.

• Индекс модуляции велик, т. Е. Выше 1 .

• Его спектр состоит из несущей и бесконечного количества боковых полос, которые расположены вокруг него.

• Это используется в приложениях развлекательного вещания, таких как FM-радио, ТВ и т. Д.

Эта частотная модуляция имеет бесконечную полосу пропускания.

Индекс модуляции велик, т. Е. Выше 1 .

Его спектр состоит из несущей и бесконечного количества боковых полос, которые расположены вокруг него.

Это используется в приложениях развлекательного вещания, таких как FM-радио, ТВ и т. Д.

Фазовая модуляция

В частотной модуляции частота несущей изменяется. Но в фазовой модуляции (PM) фаза сигнала несущей изменяется в соответствии с мгновенной амплитудой модулирующего сигнала.

Амплитуда и частота несущего сигнала остаются постоянными, тогда как фаза несущей изменяется. Это может быть лучше понято при соблюдении следующих рисунков.

Фаза модулированной волны имеет бесконечные точки, в которых может иметь место фазовый сдвиг в волне. Мгновенная амплитуда модулирующего сигнала изменяет фазу несущей. Когда амплитуда положительна, фаза изменяется в одном направлении, а если амплитуда отрицательна, фаза изменяется в противоположном направлении.

Отношения между PM и FM

Изменение по фазе, изменение частоты модулированной волны. Частота волны также изменяет фазу волны. Хотя они связаны, их отношения не являются линейными. Фазовая модуляция является косвенным методом производства ЧМ. Величина сдвига частоты, создаваемого фазовым модулятором, увеличивается с частотой модуляции. Для компенсации этого используется звуковой эквалайзер.

Уравнение для PM Wave

Уравнение для волны PM —

$$s (t) = A_ccos [W_ct + k_pm (t)]$$

Куда,

A _c = амплитуда носителя

w _c = угловая частота несущей = 2πf _c

m (t) = сигнал сообщения

Фазовая модуляция используется в системах мобильной связи, в то время как частотная модуляция используется главным образом для FM-вещания.

Принципы общения — мультиплексирование

Мультиплексирование — это процесс объединения нескольких сигналов в один сигнал через общую среду.

• Процесс называется аналоговым мультиплексированием, если эти сигналы имеют аналоговый характер.

• Если цифровые сигналы мультиплексируются, это называется цифровым мультиплексированием .

Процесс называется аналоговым мультиплексированием, если эти сигналы имеют аналоговый характер.

Если цифровые сигналы мультиплексируются, это называется цифровым мультиплексированием .

Мультиплексирование впервые было разработано в телефонии. Ряд сигналов были объединены для отправки по одному кабелю. Процесс мультиплексирования делит канал связи на несколько логических каналов, выделяя каждый канал для другого сигнала сообщения или потока данных для передачи. Устройство, которое выполняет мультиплексирование, может называться MUX .

Обратный процесс, т. Е. Извлечение количества каналов из одного, которое выполняется в приемнике, называется демультиплексированием . Устройство, которое выполняет демультиплексирование, называется DEMUX .

Следующие рисунки иллюстрируют концепцию MUX и DEMUX. Их основное использование в области связи.

Типы мультиплексоров

Существует в основном два типа мультиплексоров, а именно аналоговый и цифровой. Они также делятся на FDM, WDM и TDM. Следующий рисунок дает подробное представление об этой классификации.

Есть много типов методов мультиплексирования. Из них все мы имеем основные типы с общей классификацией, упомянутые на рисунке выше. Давайте посмотрим на них индивидуально.

Аналоговое мультиплексирование

Методы аналогового мультиплексирования включают сигналы, которые являются аналоговыми по своей природе. Аналоговые сигналы мультиплексируются в соответствии с их частотой (FDM) или длиной волны (WDM).

Мультиплексирование с частотным разделением

В аналоговом мультиплексировании наиболее часто используемым методом является мультиплексирование с частотным разделением (FDM) . Этот метод использует различные частоты для объединения потоков данных, для отправки их на коммуникационную среду, в виде единого сигнала.

Пример . Традиционный телевизионный передатчик, который отправляет несколько каналов по одному кабелю, использует FDM.

Мультиплексирование с разделением по длине волны

Мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) является аналоговым методом, в котором множество потоков данных с различными длинами волн передаются в световом спектре. Если длина волны увеличивается, частота сигнала уменьшается. Призма, которая может превращать волны различной длины в одну линию, может использоваться на выходе MUX и входе DEMUX.

Пример. В оптоволоконной связи используется метод WDM для объединения различных длин волн в единый источник света для связи.

Цифровое мультиплексирование

Термин цифровой представляет дискретные биты информации. Следовательно, доступные данные находятся в форме кадров или пакетов, которые являются дискретными.

Мультиплексирование с временным разделением (TDM)

В TDM временные рамки делятся на временные интервалы. Этот метод используется для передачи сигнала по одному каналу связи путем выделения одного интервала для каждого сообщения.

Из всех типов TDM основными являются синхронный и асинхронный TDM.

Синхронный TDM

В синхронном TDM вход подключен к кадру. Если имеется n соединений, то кадр делится на n слотов. Один слот выделяется для каждой входной линии.

В этом методе частота дискретизации является общей для всех сигналов и, следовательно, задается один и тот же тактовый вход. MUX постоянно выделяет один и тот же слот каждому устройству.

Асинхронный TDM

В асинхронном TDM частота дискретизации отличается для каждого из сигналов, и общий тактовый генератор не требуется. Если выделенное устройство в течение временного интервала ничего не передает и бездействует, то этот интервал выделяется другому устройству, в отличие от синхронного.

Этот тип TDM используется в сетях с асинхронным режимом передачи.

демультиплексор

Демультиплексоры используются для подключения одного источника к нескольким адресатам. Этот процесс противоположен мультиплексированию. Как упоминалось ранее, он используется в основном на приемниках. DEMUX имеет много применений. Используется в приемниках в системах связи. Он используется в арифметических и логических единицах компьютеров для питания и передачи данных и т. Д.

Демультиплексоры используются как последовательные в параллельные преобразователи. Последовательные данные передаются в DEMUX через регулярные промежутки времени, и к нему присоединяется счетчик для управления выходом демультиплексора.

Как мультиплексоры, так и демультиплексоры играют важную роль в системах связи, как в передающей, так и в приемной секциях.

Принципы общения — FM-радио

Мультиплексирование с частотным разделением используется в радио и телевизионных приемниках. Основное использование FM для радиосвязи. Давайте посмотрим на структуру FM-передатчика и FM-приемника вместе с их структурными схемами и работой.

FM-передатчик

FM-передатчик — это целое устройство, которое принимает аудиосигнал в качестве входного сигнала и передает FM-модулированные волны на антенну в качестве выходного сигнала для передачи. FM-передатчик состоит из 6 основных этапов. Они проиллюстрированы на следующем рисунке.

Работу FM-передатчика можно объяснить следующим образом.

• Аудиосигнал с выхода микрофона поступает на предварительный усилитель, который повышает уровень модулирующего сигнала.

• Этот сигнал затем передается на фильтр верхних частот, который действует как сеть с предварительным выделением для фильтрации шума и улучшения отношения сигнал / шум.

• Этот сигнал далее передается в цепь модулятора FM.

• Цепь генератора генерирует высокочастотную несущую, которая подается на модулятор вместе с модулирующим сигналом.

• Несколько ступеней умножителя частоты используются для увеличения рабочей частоты. Даже тогда мощности сигнала недостаточно для передачи. Следовательно, РЧ-усилитель мощности используется в конце для увеличения мощности модулированного сигнала. Этот FM-модулированный выходной сигнал наконец передается на антенну для передачи.

Аудиосигнал с выхода микрофона поступает на предварительный усилитель, который повышает уровень модулирующего сигнала.

Этот сигнал затем передается на фильтр верхних частот, который действует как сеть с предварительным выделением для фильтрации шума и улучшения отношения сигнал / шум.

Этот сигнал далее передается в цепь модулятора FM.

Цепь генератора генерирует высокочастотную несущую, которая подается на модулятор вместе с модулирующим сигналом.

Несколько ступеней умножителя частоты используются для увеличения рабочей частоты. Даже тогда мощности сигнала недостаточно для передачи. Следовательно, РЧ-усилитель мощности используется в конце для увеличения мощности модулированного сигнала. Этот FM-модулированный выходной сигнал наконец передается на антенну для передачи.

Требования получателя

Радиоприемник используется для приема сигналов как диапазона AM, так и диапазона FM. Обнаружение AM выполняется с помощью метода, называемого Обнаружение огибающей, а обнаружение FM выполняется с помощью метода, называемого частотной дискриминацией .

Такой радиоприемник имеет следующие требования.

• Это должно быть экономически эффективным.

• Он должен принимать сигналы AM и FM.

• Приемник должен иметь возможность настраивать и усиливать нужную станцию.

• Он должен иметь возможность отклонять нежелательные станции.

• Демодуляция должна быть сделана для всех сигналов станции, независимо от частоты несущей.

Это должно быть экономически эффективным.

Он должен принимать сигналы AM и FM.

Приемник должен иметь возможность настраивать и усиливать нужную станцию.

Он должен иметь возможность отклонять нежелательные станции.

Демодуляция должна быть сделана для всех сигналов станции, независимо от частоты несущей.

Чтобы эти требования выполнялись, схема тюнера и схема микшера должны быть очень эффективными. Процедура смешивания RF является интересным явлением.

РЧ микширование

Блок радиочастотного микширования вырабатывает промежуточную частоту (IF), в которую преобразуется любой принятый сигнал, чтобы эффективно обрабатывать сигнал.

РЧ-микшер является важным этапом в приемнике. Два сигнала разных частот принимаются там, где один уровень сигнала влияет на уровень другого сигнала, чтобы получить результирующий смешанный выходной сигнал. Входные сигналы и выходной сигнал микшера показаны на следующих рисунках.

Когда два сигнала поступают на радиочастотный микшер,

• Первая частота сигнала = F ₁

• Частота второго сигнала = F ₂

Первая частота сигнала = F ₁

Частота второго сигнала = F ₂

Затем частоты результирующего сигнала = (F ₁ + F ₂ ) и (F ₁ — F ₂ )

На выходе создается микшер из двух сигналов разных частот.

Если это наблюдается в частотной области, шаблон выглядит следующим образом.

Символ радиочастотного микшера выглядит следующим образом.

Два сигнала смешиваются, чтобы сформировать результирующий сигнал, где влияние одного сигнала влияет на другой сигнал, и оба формируют различную структуру, как видно ранее.

FM-приемник

FM-приемник — это целое устройство, которое принимает модулированный сигнал в качестве входного сигнала и выдает исходный аудиосигнал в качестве выходного. Радиолюбители — первые радиоприемники. Однако они имеют недостатки, такие как низкая чувствительность и селективность.

Избирательность — это выбор конкретного сигнала при отклонении других. Чувствительность — это способность обнаруживать РЧ-сигнал и демодулировать его при минимальном уровне мощности.

Чтобы преодолеть эти недостатки, был изобретен супергетеродинный приемник. Этот FM-приемник состоит из 5 основных этапов. Они как показано на следующем рисунке.

Секция радиочастотного тюнера

Модулированный сигнал, принятый антенной, сначала передается в схему тюнера через трансформатор. Схема тюнера — это не что иное, как цепь LC, которая также называется резонансной или емкостной цепью . Он выбирает частоту, необходимую радиоприемнику. Он также настраивает местный генератор и РЧ-фильтр одновременно.

РЧ-микшер

Сигнал с выхода тюнера поступает на преобразователь RF-IF , который действует как микшер. Он имеет местный генератор, который вырабатывает постоянную частоту. Процесс микширования выполняется здесь, принимая принятый сигнал в качестве одного входа и частоту гетеродина в качестве другого входа. Результирующий выходной сигнал представляет собой смесь двух частот [(f ₁ + f ₂ ), (f ₁ — f ₂ )], создаваемых микшером, который называется промежуточной частотой (IF) .

Производство IF помогает в демодуляции любого сигнала станции, имеющего любую несущую частоту. Следовательно, все сигналы преобразуются в фиксированную несущую частоту для адекватной селективности.

ЕСЛИ фильтр

Промежуточный частотный фильтр представляет собой полосовой фильтр, который пропускает нужную частоту. Это устраняет любые нежелательные высокочастотные компоненты, присутствующие в нем, а также шум. Фильтр ПЧ помогает улучшить отношение сигнал / шум (SNR) .

демодулятор

Принятый модулированный сигнал теперь демодулируется с помощью того же процесса, который используется на стороне передатчика. Частотная дискриминация обычно используется для обнаружения FM.

Аудио усилитель

Это каскад усилителя мощности, который используется для усиления обнаруженного аудиосигнала. Обработанному сигналу дается сила, чтобы быть эффективной. Этот сигнал передается на громкоговоритель для получения исходного звукового сигнала.

Этот супергетеродинный приемник хорошо используется из-за его преимуществ, таких как лучшее SNR, чувствительность и селективность.

Шум в FM

Наличие шума является проблемой и в FM. Всякий раз, когда поступает сигнал сильной помехи с частотой, близкой к желаемому, приемник блокирует этот сигнал помехи. Такое явление называется эффектом захвата .

Чтобы увеличить SNR на более высоких частотах модуляции, в передатчике используется схема верхних частот, называемая предварительным усилением. Другая схема, называемая уменьшением выделения , обратный процесс предварительного выделения используется в приемнике, который является схемой нижних частот. Схемы с предварительным выделением и уменьшением выделения широко используются в FM-передатчике и приемнике для эффективного увеличения выходного SNR.

Импульсная модуляция

До сих пор мы говорили о непрерывно-волновой модуляции. Теперь пришло время для дискретных сигналов. Техника импульсной модуляции , имеет дело с дискретными сигналами. Давайте посмотрим, как преобразовать непрерывный сигнал в дискретный. В этом нам помогает процесс, называемый Sampling.

отбор проб

Процесс преобразования непрерывных сигналов времени в эквивалентные дискретные сигналы времени можно назвать дискретизацией . Определенный момент данных постоянно отбирается в процессе выборки.

На следующем рисунке показан непрерывный сигнал x (t) и дискретизированный сигнал x _s (t) . Когда x (t) умножается на периодическую последовательность импульсов, получается дискретный сигнал x _s (t) .

Сигнал дискретизации представляет собой периодическую последовательность импульсов, имеющих единичную амплитуду , дискретизированную с равными интервалами времени T _s , которая называется временем выборки . Эти данные передаются в моменты времени T _s, а сигнал несущей передается в оставшееся время.

Частота выборки

Чтобы дискретизировать сигналы, промежуток между выборками должен быть исправлен. Этот разрыв можно назвать периодом выборки T _s .

SamplingFrequency= frac1Ts=fs $$Sampling \: Frequency = \ frac {1} {T_s} = f_s$$

Куда,

T _s = время выборки

f _s = частота дискретизации или частота дискретизации

Теорема выборки

При рассмотрении частоты дискретизации следует учитывать важный момент, касающийся того, насколько должна быть скорость. Частота дискретизации должна быть такой, чтобы данные в сигнале сообщения не терялись и не перекрывались.

Теорема выборки гласит, что «сигнал может быть точно воспроизведен, если он дискретизируется с частотой f _s, которая больше или равна удвоенной максимальной частоте W».

Проще говоря, для эффективного воспроизведения исходного сигнала частота дискретизации должна быть в два раза выше самой высокой частоты.

Что значит,

$$f_s \ geq 2W$$

Куда,

f _s = частота дискретизации

W самая высокая частота

Эта частота дискретизации называется частотой Найквиста .

Теорема отсчетов, которая также называется теоремой Найквиста , дает теорию достаточной частоты дискретизации в терминах полосы пропускания для класса функций с ограниченной полосой пропускания.

Для сигнала непрерывного времени x (t) , сигнала с ограниченной полосой частот в частотной области, можно представить, как показано на следующем рисунке.

Если сигнал дискретизируется выше частоты Найквиста, исходный сигнал можно восстановить. На следующем рисунке поясняется сигнал, если он дискретизируется с более высокой скоростью, чем 2 Вт в частотной области.

Если один и тот же сигнал дискретизируется со скоростью менее 2 Вт, тогда дискретизированный сигнал будет выглядеть следующим образом.

Из приведенного выше паттерна можно наблюдать, что происходит перекрытие информации, что приводит к смешению и потере информации. Это нежелательное явление перекрытия называется Aliasing .

Псевдоним может быть назван «явлением высокочастотного компонента в спектре сигнала, принимающего идентичность низкочастотного компонента в спектре его дискретизированной версии».

Следовательно, выборка сигнала выбирается с частотой Найквиста, как указано в теореме выборки. Если частота дискретизации равна удвоенной максимальной частоте (2 Вт).

Это означает,

$$f_s = 2W$$

Куда,

f _s = частота дискретизации

W самая высокая частота

Результат будет таким, как показано на рисунке выше. Информация заменяется без каких-либо потерь. Следовательно, это хорошая частота дискретизации.

Аналоговая импульсная модуляция

После непрерывной волновой модуляции следующим делением является импульсная модуляция. Импульсная модуляция дополнительно делится на аналоговую и цифровую модуляцию. Методы аналоговой модуляции в основном подразделяются на амплитудно-импульсную модуляцию, длительность импульса / широтно-импульсную модуляцию и импульсную модуляцию положения.

Импульсная амплитудная модуляция

Импульсная амплитудная модуляция (PAM) является аналоговой модулирующей схемой, в которой амплитуда несущей импульса изменяется пропорционально мгновенной амплитуде сигнала сообщения.

Сигнал, модулированный по амплитуде импульса, будет следовать амплитуде исходного сигнала, поскольку сигнал отслеживает путь всей волны. В естественном PAM сигнал, выбранный с частотой Найквиста, восстанавливается путем пропускания его через эффективную низкочастотную частоту (LPF) с точной частотой среза.

На следующих рисунках показана амплитудно-импульсная модуляция.

Хотя сигнал PAM пропускается через ФНЧ, он не может восстановить сигнал без искажений. Следовательно, чтобы избежать этого шума, выполняется выборка с плоским верхом, как показано на следующем рисунке.

Выборка с плоским верхом — это процесс, в котором дискретизированный сигнал может быть представлен в импульсах, для которых амплитуда сигнала не может быть изменена относительно аналогового сигнала, подлежащего дискретизации. Вершины амплитуды остаются плоскими. Этот процесс упрощает конструкцию схемы.

Широтно-импульсная модуляция

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) или Импульсная модуляция длительности (PDM) или Импульсная модуляция времени (PTM) — это аналоговая схема модуляции, в которой длительность, ширина или время несущей импульса изменяется пропорционально мгновенной амплитуде сигнала сообщения.

Ширина импульса варьируется в этом методе, но амплитуда сигнала остается постоянной. Ограничители амплитуды используются, чтобы сделать амплитуду сигнала постоянной. Эти схемы обрезают амплитуду до желаемого уровня, и, следовательно, шум ограничен.

Следующие рисунки объясняют типы широтно-импульсных модуляций.

Есть три варианта ШИМ. Они —

• Постоянный передний фронт импульса, задний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.

• Задний фронт импульса постоянен, передний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.

• Центр импульса является постоянным, передний фронт и задний фронт меняются в зависимости от сигнала сообщения.

Постоянный передний фронт импульса, задний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.

Задний фронт импульса постоянен, передний фронт изменяется в зависимости от сигнала сообщения.

Центр импульса является постоянным, передний фронт и задний фронт меняются в зависимости от сигнала сообщения.

Эти три типа показаны на приведенном выше рисунке с временными интервалами.

Импульсная модуляция положения

Импульс установка модуляция (PPM) представляет собой схему аналоговых модулирующей , в которой амплитуда и ширина импульсов поддерживаются постоянная, в то время как положение каждого импульса, со ссылкой на позицию опорного импульса изменяется в зависимости от мгновенного отобранного значения сообщения сигнал.

Передатчик должен посылать синхронизирующие импульсы (или просто синхронизирующие импульсы), чтобы синхронизировать передатчик и приемник. Эти синхронизирующие импульсы помогают поддерживать положение импульсов. На следующих рисунках показана модуляция положения импульса.

Позиционная модуляция импульса выполняется в соответствии с широтно-импульсным сигналом. Каждый трейлинг сигнала с широтно-импульсной модуляцией становится отправной точкой для импульсов в сигнале PPM. Следовательно, положение этих импульсов пропорционально ширине импульсов ШИМ.

преимущество

Поскольку амплитуда и ширина являются постоянными, мощность, которую обрабатывают, также является постоянной.

Недостаток

Синхронизация между передатчиком и приемником является обязательной.

Сравнение PAM, PWM и PPM

Сравнение вышеуказанных процессов модуляции представлено в единой таблице.

РАМ	PWM	PPM
Амплитуда варьируется	Ширина варьируется	Положение варьируется
Пропускная способность зависит от ширины импульса	Пропускная способность зависит от времени нарастания импульса	Пропускная способность зависит от времени нарастания импульса
Мгновенная мощность передатчика зависит от амплитуды импульсов	Мгновенная мощность передатчика зависит от амплитуды и ширины импульсов	Мгновенная мощность передатчика остается постоянной с шириной импульсов
Сложность системы высокая	Сложность системы низкая	Сложность системы низкая
Уровень шума высок	Уровень шума низкий	Уровень шума низкий
Это похоже на амплитудную модуляцию	Это похоже на частотную модуляцию	Это похоже на фазовую модуляцию

Цифровая модуляция

До сих пор мы прошли через различные методы модуляции. Один из них — цифровая модуляция , которая подпадает под классификацию импульсной модуляции. Цифровая модуляция имеет импульсную кодовую модуляцию (PCM) в качестве основной классификации. Далее он обрабатывается для дельта-модуляции и ADM.

Импульсная кодовая модуляция

Сигнал модулируется импульсным кодом для преобразования его аналоговой информации в двоичную последовательность, т. Е. 1 с и 0 с. Выход импульсной кодовой модуляции (PCM) будет напоминать двоичную последовательность. На следующем рисунке показан пример вывода ИКМ по отношению к мгновенным значениям данной синусоидальной волны.

Вместо последовательности импульсов PCM производит серию цифр или цифр, и поэтому этот процесс называется цифровым. Каждая из этих цифр, хотя и в двоичном коде, представляет приблизительную амплитуду выборки сигнала в этот момент.

В импульсной кодовой модуляции сигнал сообщения представлен последовательностью кодированных импульсов. Этот сигнал сообщения достигается путем представления сигнала в дискретной форме как по времени, так и по амплитуде.

Основные элементы ПКМ

Секция передатчика схемы импульсного кода состоит из выборки, квантования и кодирования , которые выполняются в секции аналого-цифрового преобразователя . Фильтр нижних частот перед выборкой предотвращает наложение сигнала сообщения.

Основными операциями в секции приемника являются регенерация искаженных сигналов, декодирование и восстановление квантованной последовательности импульсов. На следующем рисунке показана блок-схема PCM, представляющая основные элементы секций передатчика и приемника.

Фильтр низких частот (LPF)

Этот фильтр исключает высокочастотные составляющие, присутствующие во входном аналоговом сигнале, который превышает максимальную частоту сигнала сообщения, чтобы избежать наложения сигнала сообщения.

пробоотборник

Это схема, которая использует метод, который помогает собирать данные выборки при мгновенных значениях сигнала сообщения, чтобы восстановить исходный сигнал. Частота дискретизации должна быть более чем в два раза больше, чем самая высокая частотная составляющая W сигнала сообщения, в соответствии с теоремой дискретизации.

квантователь

Квантование — это процесс уменьшения избыточных битов и ограничения данных. Выбранный выходной сигнал при передаче в Quantizer уменьшает избыточные биты и сжимает значение.

кодировщик

Оцифровка аналогового сигнала осуществляется кодером. Каждый квантованный уровень обозначается двоичным кодом. Выборка, сделанная здесь, является процессом выборки и удержания. Эти три раздела будут действовать как аналог цифрового преобразователя. Кодирование минимизирует используемую пропускную способность.

Регенеративный Повторитель

Выход канала имеет одну схему регенеративного повторителя, чтобы компенсировать потерю сигнала и восстановить сигнал. Это также увеличивает силу сигнала.

дешифратор

Схема декодера декодирует форму импульса с кодированием для воспроизведения исходного сигнала. Эта схема действует как демодулятор .

Фильтр реконструкции

После того, как цифроаналоговое преобразование выполнено регенеративной схемой и декодером, используется фильтр нижних частот, называемый фильтром восстановления, чтобы вернуть исходный сигнал.

Следовательно, схема модулятора импульсного кода оцифровывает заданный аналоговый сигнал, кодирует его и дискретизирует. Затем он передает в аналоговой форме. Весь этот процесс повторяется в обратном порядке для получения исходного сигнала.

Методы модуляции

Существует несколько методов модуляции, которые используются для построения сигнала ИКМ. Такие методы, как выборка, квантование и компандирование, помогают создать эффективный сигнал ИКМ, который может точно воспроизводить исходный сигнал.

квантование

Оцифровка аналоговых сигналов включает округление значений, которые приблизительно равны аналоговым значениям. Метод выборки выбирает несколько точек аналогового сигнала, а затем эти точки объединяются, чтобы округлить значение до почти стабилизированного значения. Такой процесс называется квантованием .

Квантование аналогового сигнала выполняется путем дискретизации сигнала с несколькими уровнями квантования. Квантование представляет выборочные значения амплитуды с помощью конечного набора уровней, что означает преобразование выборки с непрерывной амплитудой в сигнал с дискретным временем .

На следующем рисунке показано, как аналоговый сигнал квантуется. Синяя линия представляет аналоговый сигнал, а красная представляет квантованный сигнал.

Как выборка, так и квантование приводят к потере информации. Качество выходного сигнала квантователя зависит от количества используемых уровней квантования. Дискретные амплитуды квантованного выхода называются уровнями представления или уровнями восстановления . Интервал между двумя соседними уровнями представления называется квантовым или размер шага .

Компандирование в PCM

Слово « Компандирование» — это комбинация сочетания клавиш и «Ex panding» , что означает, что оно делает и то, и другое. Это нелинейный метод, используемый в PCM, который сжимает данные в передатчике и расширяет те же данные в приемнике. Эффекты шума и перекрестных помех уменьшаются при использовании этой техники.

Существует два типа техники компандирования.

Техника компандирования по закону

• Равномерное квантование достигается при A = 1 , где характеристическая кривая является линейной и отсутствует сжатие.

• А-закон имеет средний рост в начале координат. Следовательно, он содержит ненулевое значение.

• Компандирование по закону используется для телефонных систем PCM.

• А-закон используется во многих частях мира.

Равномерное квантование достигается при A = 1 , где характеристическая кривая является линейной и отсутствует сжатие.

А-закон имеет средний рост в начале координат. Следовательно, он содержит ненулевое значение.

Компандирование по закону используется для телефонных систем PCM.

А-закон используется во многих частях мира.

Техника Компандирования µ-закона

• Равномерное квантование достигается при µ = 0 , где характеристическая кривая является линейной и сжатие отсутствует.

• µ-закон имеет середину протектора в начале координат. Следовательно, он содержит нулевое значение.

• µ-закон компандирования используется для речевых и музыкальных сигналов.

• µ-закон используется в Северной Америке и Японии.

Равномерное квантование достигается при µ = 0 , где характеристическая кривая является линейной и сжатие отсутствует.

µ-закон имеет середину протектора в начале координат. Следовательно, он содержит нулевое значение.

µ-закон компандирования используется для речевых и музыкальных сигналов.

µ-закон используется в Северной Америке и Японии.

Дифференциальный ПКМ

Образцы с высокой степенью корреляции при кодировании методом PCM оставляют избыточную информацию. Чтобы обработать эту избыточную информацию и получить лучший вывод, разумно принять прогнозируемые выборочные значения, взятые из его предыдущих выходных данных, и суммировать их с квантованными значениями.

Такой процесс называется техникой дифференциального PCM .

Дельта-модуляция

Частота дискретизации сигнала должна быть выше, чем частота Найквиста, чтобы добиться лучшей дискретизации. Если этот интервал выборки в дифференциальном PCM (DPCM) значительно уменьшается, разница амплитуд между выборками очень мала, как если бы разность составляла 1-битовое квантование , тогда размер шага очень мал, то есть Δ (дельта ).

Что такое дельта-модуляция?

Тип модуляции, где частота дискретизации намного выше и в которой размер шага после квантования имеет меньшее значение, такая модуляция называется дельта-модуляцией .

Особенности дельта-модуляции

• Вход с избыточной дискретизацией используется для полного использования корреляции сигнала.

• Дизайн квантования прост.

• Входная последовательность намного выше, чем скорость Найквиста.

• Качество умеренное.

• Конструкция модулятора и демодулятора проста.

• Лестничная аппроксимация выходного сигнала.

• Размер шага очень мал, т. Е. Δ (дельта).

• Скорость передачи данных может быть выбрана пользователем.

• Это требует более простой реализации.

Вход с избыточной дискретизацией используется для полного использования корреляции сигнала.

Дизайн квантования прост.

Входная последовательность намного выше, чем скорость Найквиста.

Качество умеренное.

Конструкция модулятора и демодулятора проста.

Лестничная аппроксимация выходного сигнала.

Размер шага очень мал, т. Е. Δ (дельта).

Скорость передачи данных может быть выбрана пользователем.

Это требует более простой реализации.

Дельта-модуляция — это упрощенная форма метода DPCM, также рассматриваемая как 1-битная схема DPCM. При уменьшении интервала выборки корреляция сигнала будет выше.

Дельта модулятор

Дельта-модулятор состоит из 1-битного квантователя и цепи задержки, а также двух летних цепей. Ниже приведена блок-схема дельта-модулятора.

Аппроксимированная осциллограмма на лестничной клетке будет выходом дельта-модулятора с размером шага в виде дельты ( Δ ). Качество выходного сигнала умеренное.

Дельта Демодулятор

Дельта-демодулятор состоит из фильтра нижних частот, летнего датчика и цепи задержки. Схема предиктора здесь исключена, и, следовательно, предполагаемый вход не поступает на демодулятор.

Ниже приведена блок-схема дельта-демодулятора.

Фильтр нижних частот используется по многим причинам, но наиболее важной является устранение шума для внеполосных сигналов. Ошибка размера шага, которая может возникнуть в передатчике, называется зернистым шумом , который здесь исключается. Если шум отсутствует, то выход модулятора равен входу демодулятора.

Преимущества DM перед DPCM

• 1-битный квантователь
• Очень простая конструкция модулятора и демодулятора

Тем не менее, существует некоторый шум в DM, и следующие типы шума.

• Искажение наклона при перегрузке (когда Δ мало)
• Зернистый шум (когда Δ велико)

Адаптивная дельта-модуляция

В цифровой модуляции мы сталкиваемся с определенными проблемами в определении размера шага, который влияет на качество выходной волны.

Больший размер шага необходим в крутом наклоне модулирующего сигнала, а меньший размер шага необходим там, где сообщение имеет небольшой наклон. В результате пропускаются мелкие детали. Следовательно, было бы лучше, если бы мы могли регулировать размер шага в соответствии с нашим требованием, чтобы получить выборку желаемым способом. Это концепция адаптивной дельта-модуляции (ADM) .

Методы цифровой модуляции

Цифровая модуляция обеспечивает большую информационную емкость, высокую безопасность данных, быструю доступность системы и отличное качество связи. Следовательно, методы цифровой модуляции имеют большую потребность в их способности передавать большие объемы данных, чем аналоговые.

Существует много типов методов цифровой модуляции, и мы даже можем использовать комбинацию этих методов. В этой главе мы обсудим наиболее выдающиеся методы цифровой модуляции.

Переключение амплитуды

Амплитуда результирующего выходного сигнала зависит от входных данных, должен ли он быть нулевым уровнем или изменением положительного и отрицательного в зависимости от несущей частоты.

Amplitude Shift Keying (ASK) — это тип амплитудной модуляции, который представляет двоичные данные в форме изменений амплитуды сигнала.

Ниже приведена диаграмма для ASK-модулированного сигнала вместе с его входом.

Любой модулированный сигнал имеет высокочастотную несущую. Бинарный сигнал, когда ASK модулируется, дает нулевое значение для НИЗКОГО входа и вывод несущей для ВЫСОКОГО входа.

Переключение частот

Частота выходного сигнала будет высокой или низкой, в зависимости от применяемых входных данных.

Управление сдвигом частоты (FSK) — это метод цифровой модуляции, в котором частота несущего сигнала изменяется в соответствии с дискретными цифровыми изменениями. ФСК представляет собой схему частотной модуляции.

Ниже приведена диаграмма для FSK-сигнала с его входным сигналом.

Выход модулированной FSK волны имеет высокую частоту для двоичного входа HIGH и низкую частоту для двоичного входа LOW. Двоичные 1 и 0 называются частотами Марка и Космоса .

Переключение фазы

Фаза выходного сигнала смещается в зависимости от входа. В основном это два типа, а именно BPSK и QPSK, в зависимости от количества сдвигов фазы. Другой — DPSK, который изменяет фазу в соответствии с предыдущим значением.

Фазовая манипуляция (PSK) — это метод цифровой модуляции, при котором фаза несущего сигнала изменяется путем изменения синусоидальных и косинусных входов в конкретное время. Техника PSK широко используется для беспроводных локальных сетей, биометрических, бесконтактных операций, а также для связи RFID и Bluetooth.

PSK бывает двух типов, в зависимости от фаз, на которые сдвигается сигнал. Они —

Бинарная фазовая манипуляция (BPSK)

Это также называется двухфазной PSK (или) фазовой манипуляцией . В этом методе несущая синусоидальной волны принимает два обращения фазы, такие как 0 ° и 180 °.

BPSK — это, по сути, схема модуляции DSB-SC (двухполосная подавленная несущая), поскольку сообщение является цифровой информацией.

Ниже приводится изображение модулированной выходной волны BPSK вместе с ее входом.

Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)

Это метод фазовой манипуляции, при котором несущая синусоидальной волны принимает четыре фазовых реверса, таких как 0 °, 90 °, 180 ° и 270 °.

Если этот вид методов еще более расширен, PSK также может быть выполнен с восемью или шестнадцатью значениями, в зависимости от требования. На следующем рисунке представлена ​​форма сигнала QPSK для двухбитового входа, которая показывает модулированный результат для разных экземпляров двоичных входов.

QPSK является разновидностью BPSK, и это также схема модуляции DSB-SC (двухполосная подавленная несущая), которая отправляет два бита цифровой информации за раз, называемые bigits .

Вместо преобразования цифровых битов в серию цифровых потоков, он преобразует их в битовые пары. Это уменьшает скорость передачи данных до половины, что позволяет пространство для других пользователей.

Дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK)

В DPSK (дифференциальная фазовая манипуляция) фаза модулированного сигнала смещена относительно предыдущего элемента сигнала. Опорный сигнал здесь не рассматривается. Фаза сигнала следует за высоким или низким состоянием предыдущего элемента. Этот метод ДФМ не нужен опорный генератор.

На следующем рисунке представлена ​​модель формы волны DPSK.

Из вышеприведенного рисунка видно, что если бит данных НИЗКИЙ, т. Е. 0, то фаза сигнала не инвертируется, а продолжается, как и была. Если данные HIGH, т. Е. 1, то фаза сигнала инвертируется, как в случае NRZI, инвертируется в 1 (форма дифференциального кодирования).

Если мы наблюдаем вышеуказанный сигнал, мы можем сказать, что состояние HIGH представляет M в модулирующем сигнале, а состояние LOW представляет W в модулирующем сигнале.

M-арное кодирование

Слово двоичное представляет два бита. М просто представляет цифру, которая соответствует числу условий, уровней или комбинаций, возможных для данного числа двоичных переменных.

Это тип техники цифровой модуляции, используемой для передачи данных, в которой вместо одного бита одновременно передаются два или более бита . Поскольку для передачи нескольких битов используется один сигнал, ширина полосы канала уменьшается.

M-арное уравнение

Если цифровой сигнал подается при четырех условиях, таких как уровни напряжения, частоты, фазы и амплитуда, то M = 4 .

Количество битов, необходимых для получения заданного количества условий, математически выражается как

$$N = \ log_ {2} M$$

Куда,

N — количество необходимых битов.

M — количество условий, уровней или комбинаций, возможных с N битами.

Вышеприведенное уравнение может быть перестроено как —

$$2 ^ {N} = M$$

Например, с двумя битами возможно 2 ² = 4 условия.

Типы M-арных техник

В общем, ( M-ary ) многоуровневые методы модуляции используются в цифровой связи в качестве цифровых входов с более чем двумя уровнями модуляции, разрешенными на входе передатчика. Следовательно, эти методы являются эффективными по полосе пропускания.

Существует много разных методов M-арной модуляции. Некоторые из этих методов модулируют один параметр сигнала несущей, такой как амплитуда, фаза и частота.

M-арый ASK

Это называется M-арной амплитудной манипуляцией (M-ASK) или M-арной амплитудно-импульсной модуляцией (PAM) .

Амплитуда сигнала несущей, принимает М разных уровней.

Представительство М-арой АСК

Sm(t)=Amcos(2 pifct)Am epsilon(2m−1−M) Delta,m=1,2....Mand0 leqt leqTs $$S_m (t) = A_mcos (2 \ pi f_ct) \: \: \: \: \: \: A_m \ epsilon {(2m-1-M) \ Delta, m = 1,2 .... M } \: \: \: and \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_s$$

Этот метод также используется в PAM. Его реализация проста. Однако M-арый ASK подвержен шуму и искажениям.

М-арый ФСК

Это называется M-арной частотной манипуляцией .

Частота несущего сигнала принимает М разных уровней.

Представительство М-арый ФСК

Si(t)= sqrt frac2EsTS cos lgroup frac PiTs(nc+i)t rgroup0 leqt leqTsandi=1,2.....M $$S_ {i} (t) = \ sqrt {\ frac {2E_ {s}} {T_ {S}}} \ cos \ lgroup \ frac {\ Pi} {T_ {s}} (n_ {c} + i) t \ rgroup \: \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_ {s} \: \: \: and \: \: \: i = 1,2 ..... M$$

где $f_ {c} = \ frac {n_ {c}} {2T_ {s}}$ для некоторого фиксированного целого числа n .

Это не так восприимчиво к шуму, как ASK. Количество передаваемых М сигналов равно по энергии и длительности. Сигналы разделены $\ frac {1} {2T_s}$ Гц, что делает сигналы ортогональными друг другу.

Поскольку М сигналов являются ортогональными, в пространстве сигналов нет скученности. Эффективность полосы пропускания M-арного FSK уменьшается, а КПД мощности увеличивается с увеличением M.

М-арый ПСК

Это называется M-ary Phase Shift Keying.

Фаза несущего сигнала принимает М разных уровней.

Представительство М-арый ПСК

Si(t)= sqrt frac2ET cos(w0t+ emptysetit)0 leqt leqTsandi=1,2.....M $$S_ {i} (t) = \ sqrt {\ frac {2E} {T}} \ cos (w_ {0} t + \ emptyset_ {i} t) \: \: \: \: 0 \ leq t \ leq T_ {s} \: \: \: and \: \: \: i = 1,2 ..... M$$

 emptysetit= frac2 PiiMгдеi=1,2,3......M $$\ emptyset_ {i} t = \ frac {2 \ Pi i} {M} \: \: \: где \: \: i = 1,2,3 ... \: ... M$$

Здесь огибающая постоянна с большим количеством фазовых возможностей. Этот метод использовался в первые дни космической связи. Он имеет лучшую производительность, чем ASK и FSK. Минимальная ошибка оценки фазы на приемнике.

Эффективность полосы пропускания M-ary PSK уменьшается, а КПД мощности увеличивается с увеличением M. До сих пор мы обсуждали различные методы модуляции. Результатом всех этих методов является двоичная последовательность, представленная как 1 и 0. Эта двоичная или цифровая информация имеет много типов и форм, которые обсуждаются далее.

Теория информации

Информация является источником системы связи, будь то аналоговая или цифровая. Теория информации — это математический подход к изучению кодирования информации наряду с количественным определением, хранением и передачей информации.

Условия возникновения событий

Если мы рассмотрим событие, есть три условия возникновения.

• Если событие не произошло, возникает условие неопределенности .

• Если событие только что произошло, возникает условие неожиданности .

• Если событие произошло, время назад, есть условие наличия некоторой информации .

Если событие не произошло, возникает условие неопределенности .

Если событие только что произошло, возникает условие неожиданности .

Если событие произошло, время назад, есть условие наличия некоторой информации .

Следовательно, эти три происходят в разное время. Разница в этих условиях, помогает нам иметь представление о вероятности возникновения событий.

Энтропия

Когда мы наблюдаем возможность возникновения события, каким бы неожиданным или неопределенным оно ни было, это означает, что мы пытаемся составить представление о среднем содержании информации из источника события.

Энтропия может быть определена как мера среднего информационного содержания на исходный символ. Клод Шеннон , «отец теории информации», сформулировал для нее формулу:

$$H = - \ sum_ {i} p_i \ log_ {b} p_i$$

Где $p_i$ — это вероятность появления символа номер i из данного потока символов, а b — основа используемого алгоритма. Следовательно, это также называется энтропией Шеннона .

Величина неопределенности, оставшаяся относительно входа канала после наблюдения за выходом канала, называется условной энтропией . Обозначается $H (x \ arrowvert y)$

Дискретный источник без памяти

Источник, из которого данные передаются через последовательные интервалы, который не зависит от предыдущих значений, можно назвать дискретным источником без памяти .

Этот источник является дискретным, поскольку он рассматривается не для непрерывного временного интервала, а для дискретных временных интервалов. Этот источник не имеет памяти, так как он свеж в каждый момент времени, без учета предыдущих значений.

Исходное кодирование

Согласно определению: «Для отдельного источника энтропии $H (\ delta)$ без памяти средняя длина кодового слова $\ bar {L}$ для любой кодировки источника ограничена как $\ bar {L} \ geq H (\ Delta)$».

Проще говоря, кодовое слово (например: азбука Морзе для слова QUEUE — -.- ..-. ..-.) Всегда больше или равно исходному коду (в примере QUEUE). Это означает, что символы в кодовом слове больше или равны алфавиту в исходном коде.

Канальное кодирование

Канальное кодирование в системе связи вводит избыточность с управлением, чтобы повысить надежность системы. Исходное кодирование уменьшает избыточность для повышения эффективности системы.

Канальное кодирование состоит из двух частей действия.

• Отображение последовательности входящих данных в последовательность ввода канала.

• Обратное отображение выходной последовательности канала в выходную последовательность данных.

Отображение последовательности входящих данных в последовательность ввода канала.

Обратное отображение выходной последовательности канала в выходную последовательность данных.

Конечная цель состоит в том, чтобы общее влияние шума канала было минимизировано.

Отображение выполняется передатчиком с помощью кодера, тогда как обратное отображение выполняется в приемнике декодером.

Распространение спектра модуляции

Коллективный класс методов сигнализации используется перед передачей сигнала для обеспечения безопасной связи, известной как модуляция с расширенным спектром . Основным преимуществом метода связи с расширенным спектром является предотвращение «помех», будь то преднамеренное или непреднамеренное.

Сигналы, модулированные этими методами, трудно вмешиваться и не могут быть заблокированы. Злоумышленнику, не имеющему официального доступа, никогда не разрешается взламывать его. Следовательно, эти методы используются в военных целях. Эти сигналы с расширенным спектром передаются с низкой плотностью мощности и имеют широкий разброс сигналов.

Псевдошумовая последовательность

Кодированная последовательность 1 и 0 с определенными свойствами автокорреляции, называемая последовательностью кодирования псевдошума , используется в методах расширения спектра. Это последовательность максимальной длины, которая является типом циклического кода.

Узкополосный сигнал

Узкополосные сигналы имеют концентрацию сигнала, сконцентрированную, как показано в частотном спектре на следующем рисунке.

Вот особенности узкополосных сигналов —

• Полоса сигналов занимает узкий диапазон частот.
• Плотность мощности высокая.
• Распространение энергии низкое и концентрированное.

Хотя функции хороши, эти сигналы подвержены помехам.

Сигналы распространения спектра

Сигналы с расширенным спектром имеют интенсивность сигнала, распределенную, как показано на следующем рисунке частотного спектра.

Вот особенности сигналов с расширенным спектром —

• Полоса сигналов занимает широкий диапазон частот.
• Плотность мощности очень низкая.
• Энергия широко распространена.

Благодаря этим характеристикам сигналы с расширенным спектром обладают высокой устойчивостью к помехам или помехам. Поскольку несколько пользователей могут совместно использовать одну и ту же полосу частот расширенного спектра, не мешая друг другу, это можно назвать методами множественного доступа .

Методы множественного доступа с расширенным спектром используют сигналы с шириной полосы пропускания, величина которой превышает минимальную требуемую ширину полосы РЧ.

Сигналы с расширенным спектром можно классифицировать на две категории:

• Спектр со скачкообразной перестройкой частоты (FHSS)
• Спектр с прямой последовательностью (DSSS)

Спектр со скачкообразной перестройкой частоты

Это техника скачкообразной перестройки частоты, при которой пользователи вынуждены изменять частоты использования от одной к другой в течение определенного промежутка времени, поэтому она называется скачкообразной перестройкой частоты .

Например, частота была выделена отправителю 1 на определенный период времени. Теперь через некоторое время отправитель 1 переключается на другую частоту, а отправитель 2 использует первую частоту, которая ранее использовалась отправителем 1. Это называется повторным использованием частоты .

Частоты данных переключаются от одной к другой, чтобы обеспечить безопасную передачу. Количество времени, затрачиваемое на каждый скачок частоты, называется временем задержки .

Спектр прямой последовательности

Всякий раз, когда пользователь хочет отправить данные, используя эту технику DSSS, каждый бит пользовательских данных умножается на секретный код, называемый кодом чипирования. Этот код чипа является ничем иным, как кодом расширения, который умножается на исходное сообщение и передается. Получатель использует тот же код для извлечения исходного сообщения.

Этот DSSS также называется множественным доступом с кодовым разделением (CDMA) .

Сравнение между FHSS и DSSS / CDMA

Оба метода с расширенным спектром популярны по своим характеристикам. Чтобы иметь четкое понимание, давайте посмотрим на их сравнения.

FHSS	DSSS / CDMA
Несколько частот используются	Используется одна частота
Трудно найти частоту пользователя в любой момент времени	Пользовательская частота, однажды выделенная, всегда одинакова
Разрешено повторное использование частот	Повторное использование частот не допускается
Отправителю не нужно ждать	Отправитель должен ждать, если спектр занят
Мощность сигнала высокая	Мощность сигнала низкая
Он сильнее и проникает сквозь препятствия	Это слабее по сравнению с FHSS
Это никогда не зависит от помех	Это может зависеть от помех
Это дешевле	Это дорого
Это наиболее используемая техника	Эта техника не часто используется

Преимущества Spread Spectrum

Ниже приведены преимущества Spread Spectrum.

• Устранение перекрестных помех
• Лучший вывод с целостностью данных
• Уменьшен эффект многолучевого замирания
• Лучшая безопасность
• Снижение шума
• Сосуществование с другими системами
• Большие рабочие расстояния
• Трудно обнаружить
• Трудно демодулировать / декодировать
• Сложнее глушить сигналы

Хотя методы с расширенным спектром были первоначально разработаны для военных целей, в настоящее время они широко используются в коммерческих целях.

Принципы оптоволоконной связи

Методы цифровой связи, обсуждавшиеся до сих пор, привели к прогрессу в изучении как оптической, так и спутниковой связи. Давайте посмотрим на них.

Волоконная оптика

Оптическое волокно можно понимать как диэлектрический волновод, который работает на оптических частотах. Устройство или трубка, если она изогнута или прекращена для излучения энергии, обычно называется волноводом . Следующее изображение изображает пучок волоконно-оптических кабелей.

Электромагнитная энергия проходит через нее в форме света. Распространение света вдоль волновода можно описать с помощью набора управляемых электромагнитных волн, называемых модами волновода.

Принцип работы

Фундаментальный оптический параметр, о котором нужно иметь представление, при изучении волоконной оптики — показатель преломления . По определению, «отношение скорости света в вакууме к скорости света в веществе является показателем преломления n материала». Оно представляется как —

$$n = \ frac {c} {v}$$

Куда,

c = скорость света в свободном пространстве = 3 × 10 ⁸ м / с

v = скорость света в диэлектрическом или непроводящем материале

Обычно для бегущего светового луча отражение имеет место, когда n ₂ <n ₁ . Изгиб светового луча на границе раздела является результатом различия в скорости света в двух материалах, которые имеют разные показатели преломления. Соотношение между этими углами на границе раздела можно назвать законом Снелла . Это представлено как —

$$n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2$$

Куда,

$\ phi _1$ — угол падения

$\ phi _2$ — угол преломления

n ₁ и n ₂ — показатели преломления двух материалов

Для оптически плотного материала, если отражение происходит внутри одного и того же материала, то такое явление называется внутренним отражением . Угол падения и угол преломления показаны на следующем рисунке.

Если угол падения $\ phi _1$ намного больше, то угол преломления $\ phi _2$ в точке становится равным Π / 2. Дальнейшее преломление невозможно после этой точки. Следовательно, такая точка называется Критическим углом $\ phi _c$ . Когда угол падения $\ phi _1$ больше критического угла, условие полного внутреннего отражения выполняется.

На следующем рисунке эти термины четко показаны.

Луч света, если он попадает в стекло при таких условиях, он полностью отражается обратно в стекло, и свет не выходит с поверхности стекла.

Части волокна

Наиболее часто используемое оптическое волокно представляет собой один сплошной диэлектрический цилиндр с радиусом a и показателем преломления n ₁ . На следующем рисунке показаны части оптического волокна.

Этот цилиндр известен как сердцевина волокна. Твердый диэлектрический материал окружает ядро, которое называется оболочкой . Оболочка имеет показатель преломления n _2, который меньше n ₁ .

Оболочка помогает в —

• Уменьшение потерь на рассеяние.
• Добавляет механическую прочность к волокну.
• Защищает ядро ​​от поглощения нежелательных поверхностных загрязнений.

Типы оптических волокон

В зависимости от состава материала сердечника обычно используются два типа волокон. Они —

• Волокно со ступенчатым индексом — показатель преломления сердечника является равномерным по всему и претерпевает резкие изменения (или ступеньки) на границе оболочки.

• Волокно с градиентным индексом . Показатель преломления сердцевины изменяется в зависимости от радиального расстояния от центра волокна.

Волокно со ступенчатым индексом — показатель преломления сердечника является равномерным по всему и претерпевает резкие изменения (или ступеньки) на границе оболочки.

Волокно с градиентным индексом . Показатель преломления сердцевины изменяется в зависимости от радиального расстояния от центра волокна.

Оба из них далее делятся на —

• Одномодовое волокно — они возбуждаются лазером.

• Многорежимное волокно — они возбуждаются со светодиодом.

Одномодовое волокно — они возбуждаются лазером.

Многорежимное волокно — они возбуждаются со светодиодом.

Оптическая связь

Система связи волоконной оптики хорошо изучена при изучении ее частей и секций. Основные элементы волоконно-оптической системы связи показаны на следующем рисунке.

Основными компонентами являются передатчик светового сигнала, оптоволокно и приемник фотодетектирования. Дополнительные элементы, такие как волоконные и кабельные соединители и разъемы, регенераторы, светоделители и оптические усилители, используются для повышения производительности системы связи.

Функциональные преимущества

Функциональные преимущества оптических волокон:

• Ширина полосы пропускания оптоволоконных кабелей выше, чем у металлических кабелей.

• Объем передачи данных выше в оптоволоконных кабелях.

• Потери мощности очень малы и, следовательно, полезны при передаче на большие расстояния.

• Волоконно-оптические кабели обеспечивают высокую безопасность и не могут быть прослушены.

• Волоконно-оптические кабели являются наиболее безопасным способом передачи данных.

• Волоконно-оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным помехам.

• На них не влияет электрический шум.

Ширина полосы пропускания оптоволоконных кабелей выше, чем у металлических кабелей.

Объем передачи данных выше в оптоволоконных кабелях.

Потери мощности очень малы и, следовательно, полезны при передаче на большие расстояния.

Волоконно-оптические кабели обеспечивают высокую безопасность и не могут быть прослушены.

Волоконно-оптические кабели являются наиболее безопасным способом передачи данных.

Волоконно-оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным помехам.

На них не влияет электрический шум.

Физические преимущества

Физические преимущества волоконно-оптических кабелей:

• Емкость этих кабелей намного выше, чем у медных проводных кабелей.

• Хотя емкость выше, размер кабеля не увеличивается, как в кабельной системе с медным проводом.

• Пространство, занимаемое этими кабелями, намного меньше.

• Вес этих кабелей FOC намного легче, чем у медных.

• Так как эти кабели являются диэлектрическими, никаких искр опасности нет.

• Эти кабели более устойчивы к коррозии, чем медные, так как они легко изгибаются и являются гибкими.

• Сырьем для изготовления волоконно-оптических кабелей является стекло, которое дешевле меди.

• Волоконно-оптические кабели служат дольше, чем медные.

Емкость этих кабелей намного выше, чем у медных проводных кабелей.

Хотя емкость выше, размер кабеля не увеличивается, как в кабельной системе с медным проводом.

Пространство, занимаемое этими кабелями, намного меньше.

Вес этих кабелей FOC намного легче, чем у медных.

Так как эти кабели являются диэлектрическими, никаких искр опасности нет.

Эти кабели более устойчивы к коррозии, чем медные, так как они легко изгибаются и являются гибкими.

Сырьем для изготовления волоконно-оптических кабелей является стекло, которое дешевле меди.

Волоконно-оптические кабели служат дольше, чем медные.

Недостатки

Хотя волоконная оптика имеет много преимуществ, она имеет следующие недостатки:

• Хотя оптоволоконные кабели служат дольше, стоимость монтажа высока.

• Количество повторителей должно быть увеличено с расстоянием.

• Они хрупкие, если не заключены в пластиковую оболочку. Следовательно, требуется больше защиты, чем медных.

Хотя оптоволоконные кабели служат дольше, стоимость монтажа высока.

Количество повторителей должно быть увеличено с расстоянием.

Они хрупкие, если не заключены в пластиковую оболочку. Следовательно, требуется больше защиты, чем медных.

Применение волоконной оптики

Оптические волокна имеют много применений. Некоторые из них следующие:

• Используется в телефонных системах

• Используется в подводных кабельных сетях

• Используется в канале передачи данных для компьютерных сетей, систем CATV

• Используется в камерах видеонаблюдения

• Используется для подключения пожарной, полицейской и других экстренных служб.

• Используется в больницах, школах и системах управления движением.

• Они имеют много промышленного применения, а также используются в тяжелых конструкциях.

Используется в телефонных системах

Используется в подводных кабельных сетях

Используется в канале передачи данных для компьютерных сетей, систем CATV

Используется в камерах видеонаблюдения

Используется для подключения пожарной, полицейской и других экстренных служб.

Используется в больницах, школах и системах управления движением.

Они имеют много промышленного применения, а также используются в тяжелых конструкциях.

Принципы спутниковой связи

Спутник — это тело, которое движется вокруг другого тела по математически предсказуемому пути, называемому Орбита . Спутник связи — это не что иное, как микроволновая ретрансляционная станция в космосе, которая полезна в телекоммуникациях, радио и телевидении наряду с интернет-приложениями.

Повторитель — это схема, которая увеличивает силу принимаемого сигнала и ретранслирует его. Но здесь этот ретранслятор работает как приемоответчик , который изменяет полосу частот передаваемого сигнала от принятого.

Частота, с которой сигнал отправляется в пространство, называется частотой восходящей линии связи, а частота, с которой он отправляется приемоответчиком, является частотой нисходящей линии связи .

Следующий рисунок ясно иллюстрирует эту концепцию.

Теперь давайте посмотрим на преимущества, недостатки и применение спутниковой связи.

Спутниковая связь — преимущества

Есть много преимуществ спутниковой связи, таких как —

• гибкость

• Простота в установке новых цепей

• Расстояния легко преодолеваются и стоимость не имеет значения

• Возможности вещания

• Каждый уголок земли покрыт

• Пользователь может контролировать сеть

гибкость

Простота в установке новых цепей

Расстояния легко преодолеваются и стоимость не имеет значения

Возможности вещания

Каждый уголок земли покрыт

Пользователь может контролировать сеть

Спутниковая связь — недостатки

Спутниковая связь имеет следующие недостатки —

• Первоначальные затраты, такие как затраты на сегмент и запуск, слишком высоки.

• Скопление частот

• Вмешательство и распространение

Первоначальные затраты, такие как затраты на сегмент и запуск, слишком высоки.

Скопление частот

Вмешательство и распространение

Спутниковая связь — Приложения

Спутниковая связь находит свое применение в следующих областях —

• В эфире радио.

• В телевизионных передачах, таких как DTH.

• В интернет-приложениях, таких как обеспечение интернет-соединения для передачи данных, GPS-приложения, интернет-серфинг и т. Д.

• Для голосовой связи.

• Для сектора исследований и разработок, во многих областях.

• В военных приложениях и навигации.

В эфире радио.

В телевизионных передачах, таких как DTH.

В интернет-приложениях, таких как обеспечение интернет-соединения для передачи данных, GPS-приложения, интернет-серфинг и т. Д.

Для голосовой связи.

Для сектора исследований и разработок, во многих областях.

В военных приложениях и навигации.

Ориентация спутника на его орбите зависит от трех законов, называемых законами Кеплера.

Законы Кеплера

Йоханнес Кеплер (1571-1630), ученый-астроном, дал 3 революционных закона, касающихся движения спутников. Путь, по которому идет спутник вокруг его первичной (Земли), является эллипсом . Эллипс имеет два очага — F1 и F2 , земля является одним из них.

Если рассматривать расстояние от центра объекта до точки на его эллиптической траектории, то самая дальняя точка эллипса от центра называется апогеем, а самая короткая точка эллипса от центра называется перигеем .

1- ^й закон Кеплера

1- ^й закон Кеплера гласит, что «каждая планета вращается вокруг Солнца на эллиптической орбите, причем одним из ее фокусов является Солнце». Таким образом, спутник движется по эллиптическому пути, причем одним из его фокусов является Земля.

Полуосновная ось эллипса обозначена как « а », а полуосновная ось обозначена как b . Следовательно, эксцентриситет e этой системы можно записать как —

$$e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a}$$

• Эксцентриситет (е) — это параметр, который определяет разницу в форме эллипса, а не в форме круга.

• Большая полуось (а) — это самый длинный диаметр, соединяющий два очага вдоль центра, который касается обоих апогеев (самых дальних точек эллипса от центра).

• Полу минорная ось (b) — это самый короткий диаметр, проведенный через центр, который касается обоих перигеев (самые короткие точки эллипса от центра).

Эксцентриситет (е) — это параметр, который определяет разницу в форме эллипса, а не в форме круга.

Большая полуось (а) — это самый длинный диаметр, соединяющий два очага вдоль центра, который касается обоих апогеев (самых дальних точек эллипса от центра).

Полу минорная ось (b) — это самый короткий диаметр, проведенный через центр, который касается обоих перигеев (самые короткие точки эллипса от центра).

Они хорошо описаны на следующем рисунке.

Для эллиптической траектории всегда желательно, чтобы эксцентриситет находился в диапазоне от 0 до 1, т. Е. 0 <e <1, поскольку, если e становится равным нулю, траектория больше не будет иметь эллиптической формы, а будет преобразована в круговую траекторию. ,

2- ^й закон Кеплера

Второй закон Кеплера гласит, что «за равные промежутки времени площадь, покрываемая спутником, равна относительно центра Земли».

Это можно понять, взглянув на следующий рисунок.

Предположим, что спутник покрывает расстояния p1 и p2 в одном и том же интервале времени, тогда области B1 и B2, охватываемые в обоих случаях соответственно, равны.

3- ^й закон Кеплера

^Третий закон Кеплера гласит: «Квадрат периодического времени орбиты пропорционален кубу среднего расстояния между двумя телами».

Это можно записать математически как

$$T ^ {2} \: \ альфа \: \: а ^ {3}$$

Что подразумевает

$$T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3}$$

Где $\ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM}$ — постоянная пропорциональности (согласно ньютоновской механике)

$$T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3}$$

Где μ = геоцентрическая гравитационная постоянная Земли, т.е. Μ = 3,986005 × 10 ¹⁴ м ³ / сек ²

$$1 = \ left (\ frac {2 \ pi} {T} \ right) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu}$$

$$1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}}$$

Где n = среднее движение спутника в радианах в секунду

Орбитальное функционирование спутников рассчитывается с помощью этих законов Кеплера.

Наряду с этим, есть важная вещь, которую следует отметить. Спутник, когда он вращается вокруг Земли, испытывает силу притяжения от Земли, которая является силой гравитации. Кроме того, он испытывает некоторую тяговую силу от солнца и луны. Следовательно, на него действуют две силы. Они —

• Центростремительная сила — сила, которая стремится привлечь объект, движущийся по траектории движения, к себе, называется центростремительной силой .

• Центробежная сила — сила, которая стремится оттолкнуть объект, движущийся по траектории движения, в сторону от его положения, называется центробежной силой .

Центростремительная сила — сила, которая стремится привлечь объект, движущийся по траектории движения, к себе, называется центростремительной силой .

Центробежная сила — сила, которая стремится оттолкнуть объект, движущийся по траектории движения, в сторону от его положения, называется центробежной силой .

Таким образом, спутник должен уравновесить эти две силы, чтобы удержаться на своей орбите.

Земные Орбиты

Спутник, когда он запускается в космос, должен быть размещен на определенной орбите, чтобы обеспечить определенный путь для его революции, чтобы поддерживать доступность и служить своей цели, будь то научный, военный или коммерческий. Такие орбиты, которые назначены спутникам относительно Земли, называются Земными Орбитами . Спутники на этих орбитах являются спутниками Земли.

Важные виды Земных Орбит —

• Гео Синхронная Земная Орбита

• Средняя Земля Орбита

• Низкая околоземная орбита

Гео Синхронная Земная Орбита

Средняя Земля Орбита

Низкая околоземная орбита

Геосинхронные спутники орбиты Земли

Геосинхронный спутник Земли (ГЕО) — это спутник, который расположен на высоте 22 300 миль над Землей. Эта орбита синхронизирована со сторонним реальным днем (т. Е. 23 часа 56 минут). Эта орбита может иметь наклон и эксцентриситет . Это не может быть круглым. Эту орбиту можно наклонить на полюсах Земли. Но он выглядит неподвижным при наблюдении с Земли.

Та же геосинхронная орбита, если она круглая и находится в плоскости экватора, называется геостационарной орбитой . Эти спутники расположены на высоте 35 900 км (так же, как и геосинхронные) над экватором Земли, и они продолжают вращаться относительно направления Земли (с запада на восток). Эти спутники считаются стационарными относительно Земли, и, следовательно, из названия следует.

Геостационарные спутники Земли используются для прогнозирования погоды, спутникового телевидения, спутникового радио и других видов глобальной связи.

На следующем рисунке показана разница между геосинхронной и геостационарной орбитами. Ось вращения указывает на движение Земли.

Примечание. Каждая геостационарная орбита является геосинхронной. Но каждая геосинхронная орбита НЕ является геостационарной.

Средние спутники орбиты Земли

Спутниковые сети со средней околоземной орбитой (MEO) будут вращаться на расстоянии около 8000 миль от поверхности Земли. Сигналы, передаваемые со спутника MEO, перемещаются на меньшее расстояние. Это приводит к улучшению уровня сигнала на приемном конце. Это показывает, что меньшие, более легкие приемные терминалы могут использоваться на приемном конце.

Поскольку сигнал проходит меньшее расстояние до спутника и от него, задержка передачи уменьшается. Задержка передачи может быть определена как время, необходимое для прохождения сигнала на спутник и обратно на приемную станцию.

Для связи в реальном времени, чем короче задержка передачи, тем лучше будет система связи. Например, если спутнику GEO требуется 0,25 секунды для прохождения туда и обратно, то спутнику MEO требуется менее 0,1 секунды для завершения той же поездки. MEO работает в диапазоне частот от 2 ГГц и выше.

Спутники на низкой околоземной орбите

Спутники на низкой околоземной орбите (LEO) в основном делятся на три категории, а именно: малые LEO, большие LEO и мега-LEO. НОО будут находиться на орбите на расстоянии от 500 до 1000 миль над поверхностью Земли.

Это относительно короткое расстояние уменьшает задержку передачи до 0,05 секунды. Это дополнительно снижает потребность в чувствительном и громоздком приемном оборудовании. Маленькие LEO будут работать в диапазоне 800 МГц (0,8 ГГц). Большие LEO будут работать в диапазоне 2 ГГц или выше, а Mega-LEO работают в диапазоне 20-30 ГГц.

Более высокие частоты, связанные с Mega-LEO, приводят к большей пропускной способности информации и дают возможность использовать схему передачи видео с низкой задержкой в ​​реальном времени.

На следующем рисунке изображены пути LEO, MEO и GEO.