TechCodeview

Modulering er prosessen med å øke og forbedre frekvensen og styrken til meldingssignalet. Det er prosessen som overlapper det originale signalet og det kontinuerlige høyfrekvente signalet. I Amplitudemodulasjon (AM), amplituden til bærebølgen varieres med meldingssignalet. Prosessen med AM er vist i bildet nedenfor:

For eksempel,

Lydsignal

Lydsignalene er signalene med høy støy. Det er ikke lett å overføre slike signaler over lange avstander. Derfor er modulering av lydsignaler nødvendig for vellykket overføring. AM-modulasjon er en prosess der et meldingssignal legges over radiobølgen som bæresignal. Den er kombinert med radiobærebølgen med høy amplitude, som øker lydsignalets størrelse.

På samme måte, Frekvensmodulering (FM) omhandler frekvensvariasjonen til bæresignalet, og Fasemodulering (PM) omhandler fasevariasjonen til bæresignalet.

La oss først diskutere analoge og relaterte termer.

La oss først diskutere analoge og relaterte termer.

Analog refererer til den kontinuerlige variasjonen med tiden. Vi kan definere analog kommunikasjon og analogt signal som: An analog kommunikasjon er en kommunikasjon som kontinuerlig varierer med tiden. Det ble oppdaget før digital kommunikasjon. Det krever mindre båndbredde for overføring med lavkostkomponenter. An analogt signal er et signal som kontinuerlig varierer med tiden. Eksemplene på analogt signal inkluderer sinusbølger og firkantbølger.

Et enkelt analogt signal er vist nedenfor:

Her vil vi diskutere følgende:

Hva er modulasjon?

Typer amplitudemodulasjon

Historien om amplitudemodulasjon

Behov for modulering

Frekvensoversettelse av AM

Modulasjonsindeks

Effektiviteten til AM

Fordeler og ulemper med Amplitude Modulation

Anvendelser av amplitudemodulasjon

Talleksempler

Hva er modulasjon?

Når meldingssignalet er lagt over bæresignalet, kalles det modulasjon . Meldingssignalet er lagt på toppen av bærebølgen. Her betyr overlagret å plassere et signal på det andre signalet. Det resulterende signalet som dannes har forbedret frekvens og styrke.

Oversettelsen av signalet er nødvendig i senderenden for både analoge og digitale signaler. Oversettelsen utføres før signalet bringes på kanalen for overføring til mottakeren.

Meldingssignal

Det opprinnelige signalet som inneholder en melding som skal sendes til mottakeren er kjent som meldingssignal.

Bærersignal

Et bæresignal er et signal med konstant frekvens, som generelt er høy. Bæresignalbølgene krever ikke et medium for å forplante seg.

Baseband signal

Et meldingssignal som representerer frekvensbåndet er kjent som et basebåndsignal. Området for basebåndsignaler er fra 0 Hz til grensefrekvensen. Det kalles også et umodulert signal eller lavfrekvent signal.

Et analogt signal er utgangen av en lys-/lydbølge konvertert til et elektrisk signal.

Passbåndsignal

Den er sentrert ved frekvensen høyere enn den maksimale komponenten til meldingssignalet.

Eksempel

La oss vurdere et eksempel på talesignal . Det er en type lydsignal.

Talesignalet har lavere basebåndfrekvenser i området 0,3 til 3,4k Hz. Hvis to personer ønsker å kommunisere på samme kanal, vil basebåndfrekvensene forstyrre. Det er fordi de lavere frekvensene ikke kan tillate to basebåndfrekvenser på samme kanal. Derfor brukes en bærebølge med høy frekvens opp til 8k Hz med talesignalet. Det øker frekvensområdet til talesignalet. Den lar to personer kommunisere på samme kanal uten forstyrrelser.

Behov for modulering

Et kommunikasjonssystem sender dataene fra senderen til mottakeren. Dataene blir behandlet og reiser mer enn hundrevis av miles før de når mottakeren. Støyen under overføringen kan påvirke formen på kommunikasjonssignalet. Det villeder den mottatte informasjonen ytterligere ved å redusere signalets frekvens og styrke. Det kreves en prosess som øker frekvensen og styrken på signalet. Prosessen i kommunikasjon er kjent som modulasjon .

Det er viktig å overføre et signal fra ett sted til et annet i kommunikasjon. Her erstattes et originalt signal med det nye, og øker frekvensen fra f1 - f2 til f1' - f2'. Den er til stede i den utvinnbare formen på mottakerenden. Kravet om modulasjon er basert på følgende faktorer:

1. Frekvensmultipleksing
2. Antenner
3. Smale bånd
4. Felles behandling

Frekvensmultipleksing

Multipleksing refererer til å oversette flere signaler på samme kanal. Anta at vi har tre signaler som skal overføres langs en enkelt kommunikasjonskanal uten å påvirke signalets kvalitet og data. Det betyr at signalene skal kunne skilles ut og gjenopprettes på mottakersiden. Det kan gjøres ved å oversette de tre signalene ved forskjellige frekvenser. Det forhindrer at flere signaler krysser hverandre.

La frekvensområdet til tre signaler være -f1 til f1, -f2 til f2, og -f3 til f3. Signalene er atskilt med en vakt mellom dem, som vist nedenfor:

Hvis de valgte frekvensene til disse signalene ikke overlapper, kan de enkelt gjenopprettes ved mottakersiden ved å bruke passende båndpassfiltre.

Antenner

Antennene sender og mottar signaler i det ledige rommet. Lengden på antennen velges i henhold til bølgelengden til det overførte signalet.

Smalbånd

Signalet overføres i ledig plass ved hjelp av en antenne. Anta at frekvensområdet er fra 50 til 10⁴Hz. Forholdet mellom høyeste og laveste frekvens vil være 10⁴/50 eller 200. Lengden på antennen ved dette forholdet vil bli for lang i den ene enden og for kort i den andre enden. Den er ikke egnet for overføring. Derfor blir lydsignalet oversatt til området (10⁶+ 50) til (10⁶+ 10⁴). Forholdet nå vil være rundt 1,01. Det er kjent som smalbånd .

Dermed kan oversettelsesprosessen endres til smalbånd eller bredbånd avhengig av kravene.

Felles behandling

Noen ganger må vi behandle det spektrale frekvensområdet til forskjellige signaler. Hvis det er et stort antall signaler, er det bedre å operere i et fast frekvensområde i stedet for å behandle frekvensområdet til hvert signal.

For eksempel,

Superheteroyne mottaker

Her er en felles prosesseringsblokk innstilt til en annen frekvens ved å bruke en lokal oscillator.

Typer amplitudemodulasjon

Moduleringstypene er utpekt av AT (International Telecommunication Union). Det er tre typer amplitudemodulasjon, som er som følger:

• Enkelt sidebåndsmodulasjon
• Dobbel sidebåndsmodulasjon
• Vestigial sidebåndsmodulasjon

Det opprinnelige navnet på AM var DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation) fordi sidebåndene kan vises på hver side av bærefrekvensen.

Single Sideband Modulation (SSB)

SSB AM er standardmetoden for å produsere sidebånd på bare én side av bærefrekvensen. Amplitudemodulasjonen kan produsere sidebånd på begge sider av bærefrekvensen. I SSB bruker den båndpassfiltre for å forkaste ett sidebånd. SSB-modulasjonsprosessen forbedrer båndbreddeutnyttelsen og den totale overføringseffekten til overføringsmediet.

Dobbelt sidebåndsundertrykt bærermodulasjon (DSB-SCB)

Dobbelt betyr to sidebånd. Frekvensene produsert av AM i DSB er symmetriske om bærefrekvensen. DSB er videre kategorisert som DSB-SC og DSB-C . DSB-SC-modulasjonen (Double Sideband Suppress Carrier) inneholder ikke noe bærebånd, på grunn av dette er effektiviteten også maksimal sammenlignet med andre typer modulasjon. Bæredelen i DSB-SC fjernes fra utgangskomponenten. DSB-C (Double Sideband with Carrier) består av bærebølgen. Utgangen produsert av DSB-C har en bærer i kombinasjon med meldingen og bærerkomponenten.

Vestigial Sideband Modulation (VSB)

Noe av informasjonen er SSB, og DSB kan gå seg vill. Derfor brukes VSB til å overvinne ulempene med disse to typene AM. Vestige betyr en del av signalet. I VSB moduleres en del av signalet.

Vi vil diskutere de tre typene AM i detalj senere i opplæringen.

Historien om amplitudemodulasjon

• I 1831 oppdaget en engelsk vitenskapsmann Michael Faraday det elektromagnetiske
• I 1873 beskrev en matematiker og vitenskapsmann James C Maxwell forplantningen av EM-bølgene.
• I 1875 oppdaget A Graham Bell telefonen.
• I 1887 oppdaget en tysk fysiker H Hertz eksistensen av radiobølger.
• I 1901 kalte en kanadisk ingeniør R Fessenden oversatte det første amplitudemodulerte signalet.
• R Fessenden oppdaget det ved hjelp av gnistgap-senderen, som overfører signalet ved hjelp av en elektrisk gnist.
• Den praktiske implementeringen av AM startet mellom 1900 og 1920 gjennom radiotelefonoverføring. Det var kommunikasjon ved hjelp av lyd- eller talesignalet.
• Den første kontinuerlige Am-senderen ble utviklet rundt 1906 - 1910.
• I 1915, en amerikansk teoretiker JR Carson startet den matematiske analysen av Amplitude Modulation. Han viste at enkeltbåndet er nok for overføring av lydsignalet.
• 1. desember 1915 patenterte JR Carson SSB (Enkelt sidebånd) Modulering.
• Radio AM-kringkastingen ble populær etter oppfinnelsen av vakuumrør rundt 1920.

Frekvensoversettelse av amplitudemodulasjon

Et signal overføres ved å multiplisere det med et sinusformet hjelpesignal. Den er gitt av:

Vm(t) = A_mcosω_mt

Vm(t) = A_mcos2πf_mt

Hvor,

Am er amplitudekonstanten

Fm er den modulerende frekvensen

Fm = ω_m/2p

Spektralmønsteret vil være et dobbeltsidig amplitudemønster. Den består av to linjer hver med amplitude Am/2, som vist nedenfor:

Den ligger i frekvensområdet fra f = fm til f = -fm.

La det sinusformede hjelpesignalet være Vc(t).

Vc(t) = A_Ccosω_Ct

Ved å multiplisere det doble spektralmønsteret med hjelpesignalet får vi:

Vm(t). Vc(t) = A_mcosω_mt x A_Ccosω_Ct

Vm(t). Vc(t) = A_mEN_Ccosω_mt cosω_Ct

Det er nå fire spektralkomponenter, som vist ovenfor.

Det betyr at spektralmønsteret nå har to sinusformede bølgeformer med frekvensen Fc + Fm og Fc - Fm. Amplituden før multiplikasjon var Am/2. Men komponentene etter multiplikasjon har økninger fra to til fire.

Amplituden nå vil være:

AmAc/4

1 sinusformet komponent = 2 spektralkomponenter

Dermed vil amplituden til hver sinusformede komponent være:

AmAc/2

Spektralmønsteret etter multiplikasjonen er oversatt i både positiv og negativ frekvensretning. Hvis disse fire spektralmønstrene forsterkes multiplisert, vil resultatet være 6 spektralkomponenter i form av åtte sinusformede bølgeformer.

Modulasjonsindeks

Modulasjonsindeksen er definert som forholdet mellom maksimumsverdien til meldingssignalet og bæresignalet.

Den er gitt av:

Modulasjonsindeks = M/A

Hvor,

M er amplituden til meldingssignalet

A er amplituden til bæresignalet

Eller

de er sangere

Modulasjonsindeks = Am/Ac

Effektiviteten til AM

Effektiviteten til Amplitude Modulation er definert som forholdet mellom sidebåndseffekt og total effekt.

Effektivitet = Ps/Pt

Den totale effekten er summen av sidebåndseffekten og bærereffekten.

Pt = Ps + Pc

Dermed kan vi også definere effektiviteten som:

Effektivitet = Ps/ Ps + Pc

Am-signalet i frekvensdomenet kan representeres som:

S(t) = A_C[1 + km(t)] cosω_Ct

Hvor,

m(t) er basebåndsignalet

k er amplitudefølsomheten

s(t) bevarer basebåndsignalet I sin omhylling

s(t) = A_Ccosω_Ct + A_Ckm(t)cosω_Ct

Det første leddet er bærerleddet og det andre leddet er sidebåndsleddet.

Kraften kan representeres som:

For transportørterm, Power =A_C²/2

For sidebåndsterm er Power =A_C²k²/2 x Pm

Pm er gjennomsnittseffekten til meldingssignalet som er tilstede i sidebåndsleddet.

Effektivitet = A_C²k²Pm/2 /( A_C²k²Pm/2 + A_C²/2)

Effektivitet= k²Pm/1 + k²Pm

Det er det vanlige uttrykket som brukes for å finne effekteffektiviteten til Amplitude Modulation.

Siden det ikke er noen bærer i Double Sideband Suppress Carrier Modulation, er effektiviteten 50 %. Effektiviteten til et enkelttonemodulert signal i tilfellet med sinusbølgeformen er rundt 33 %. Maksimal effektivitet på 100 % kan oppnås ved å bruke SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Fordeler

Fordelene med Amplitude Modulation er som følger:

• Amplitudemodulasjonen hjelper signalet til å reise lange avstander ved å variere amplituden til meldingssignalet.
• Komponentene som brukes i AM-mottakere og -sendere har lave kostnader.
• AM-signaler er enkle å modulere og demodulere.
• Det modulerte signalet har en lavere frekvens enn bærebølgene signaliserer.
• Prosessen med implementering av Amplitude Modulation er enkel.
• Kommunikasjonskanalen som brukes for overføring kan være en kablet kanal eller en trådløs kanal. Den kobler senderen til mottakeren. Den fører også informasjon fra senderen til mottakeren.

Ulemper

AM er en mye brukt modulasjon til tross for dens forskjellige ulemper. Ulempene med Amplitude Modulation er som følger:

• Den er mer utsatt for støy på grunn av tilstedeværelsen av AM-detektorer. Det påvirker kvaliteten på signalet som når mottakeren.
• Den har sidebånd på begge sider av bærefrekvensen. Strømmen i de doble sidebåndene utnyttes ikke 100 %. Kraften som bæres av AM-bølgene er rundt 33 %. Det betyr at mer enn halvparten av strømmen i dobbeltsiden går til spille.
• AM krever høy båndbredde, dvs. det dobbelte av lydfrekvensen.

Anvendelser av amplitudemodulasjon

Anvendelsene av Amplitude Modulation er som følger:

Kringkasting
Amplitudemodulering øker frekvensen til meldingssignalet på grunn av tilstedeværelsen av høyfrekvent bæresignal. Derfor er det mye brukt i kringkasting på grunn av denne fordelen.Bandradioer
Amplitudemodulering brukes i bærbare toveisradioer og båndradioer for effektiv kommunikasjon.

Talleksempler

La oss diskutere et eksempel basert på Amplitude Modulation.

Eksempel: Finn den totale effekten til det amplitudemodulerte signalet med en bærekraft på 400W og en modulasjonsindeks på 0,8.

Løsning : Formelen for å beregne den totale effekten til det amplitudemodulerte signalet er gitt av:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Hvor,

Pt er den totale effekten

Pc er bærerkraften

M er det modulerte signalet

Pt = 400 (1 + (0,8)²/2)

Pt = 400 (1 + 0,64/2)

Pt = 400 (1 + 0,32)

Pt = 400 (1,32)

Pt = 528 watt

Derfor er den totale effekten til det amplitudemodulerte signalet 528 watt.

Eksempel 2: Hva er den maksimale effektiviteten til enkelttonemodulasjonssignalet?

Løsning : Maksimal effektivitet for enkelttonemodulasjonssignalet er 33 %.

Effektiviteten er gitt av formelen:
Effektivitet = u²/(2 + u²)

Ved maksimal effektivitet er u = 1

Effektivitet = 1²/(2 + 1²)

Effektivitet = 1/3

Effektivitet % = 1/3 x 100

Effektivitet % = 100/3

Effektivitet % = 33,33