Другие виды линейной модуляции (БМ, ОМ, КАМ)

Амплитудная модуляция относится к линейным видам модуляции вследствие линейной зависимости модулированного сигнала от модулирующего (3.1). Выше отмечалась её низкая энергетическая эффективность. Первое очевидное решение для преодоления этого недостатка заключается в исключении из спектра АМ сигнала несущего колебания. В результате приходим к двухполосной передаче с подавленной несущей. Получение такого двухполосного сигнала весьма просто – достаточно из модулирующего сигнала исключить постоянную составляющую (если она есть), используя, например, разделительный конденсатор С_р и умножить его на несущее колебание (рис. 3.18).

. (3.5)

Такой модулятор (перемножитель), строят обычно по балансной схеме (рис. 3.10) и называют балансным, а двухполосный сигнал – БМ сигналом. Существенно то, что огибающая БМ сигнала не повторяет форму модулирующего колебания, как в случае АМ, а воспроизводит его модуль

,

причём в моменты смен знака наблюдаются скачки фазы БМ сигнала на 180°. Таким образом, БМ сигнал можно трактовать как сигнал с амплитудной и фазовой модуляциями одновременно.

Как отмечалось выше при рассмотрении спектра АМ сигнала, нижняя боковая полоса является «зеркальным отражением» верхней, т.е. не содержит никакой дополнительной информации о модулирующем сигнале. Отсюда возникает возможность передачи сигналов с помощьюоднополосной модуляции(ОМ). При этом безразлично какую из двух полос ВБП или НБП использовать при однополосной передаче.

ОМ сигнал можно получать из БМ сигнала фильтровым или фазокомпенсационным методами. Фильтровой метод в силу своей очевидности не требует дополнительных пояснений. Отметим лишь высокие требования к крутизне ската АЧХ полосового фильтра для выделения ВБП или НБП (по причине малого «частотного зазора» 2W_мин между ними), возрастающие с увеличением несущей частоты.

Синтезируем однополосный модулятор на основе фазокомпенсационного метода подавления одной из боковых полос. Для этого обратимся к аналитическому модулирующему сигналу , спектр которого полностью располагается в области положительных частот (рис. 3.19)

Умножая на , получим аналитический сигнал со спектром, смещённым вверх по оси частот на w_н, т.е. по нашей терминологии комплексный ОМ сигнал ВБП

.

Вернёмся к действительному ОМ сигналу

. (3.6)

Рассматривая полученное выражение как алгоритм, приходим к параметрической реализации однополосного модулятора в виде, представленном на рис. 3.20.

Самостоятельно убедитесь в том, что для получения НБП достаточно в выражении (3.6) разность заменить на сумму.

Подставим в (3.6) модулирующий сигнал в квазигармонической форме

.

Из полученного результата видно, что в результате однополосной модуляции сохраняется огибающая модулирующего сигнала, а мгновенная частота возрастает на w_н

.

Однополосную модуляцию можно рассматривать как самую простую – перенос (транспонирование) спектра модулирующего сигнала с сохранением его огибающей, а можно как сложную – амплитудную и фазовую одновременно. Она является самой узкополосной – ширина спектров модулирующего и однополосного сигналов одна и та же. Важным преимуществом ОМ по сравнению с АМ является энергетический выигрыш, доходящий (в зависимости от статистики модулирующего сигнала) до 10 раз.

К недостаткам ОМ можно отнести большие сложности получения и приёма однополосного сигнала.

Ещё одним видом линейной модуляции является квадратурная амплитудная модуляция (КАМ),сущность которой заключается в передаче двух разных сигналов методами АМ или БМ на одной несущей частоте. Спектры этих двух сигналов полностью перекрываются и их разделение с помощью фильтров невозможно. Чтобы сохранить возможность разделения сигналов на приёмной стороне, несущие колебаний на модуляторы подают с фазовым сдвигом 90° (в квадратуре). Схема формирования КАМ сигнала приведена на рис. 3.21. Достоинством КАМ по сравнению с обычными АМ или БМ, является вдвое большее количество сигналов, которые можно независимо передавать в одной и той же полосе частот.