(в нашем случае постоянная) и угол вращения соответствует фазе
волны. Один полный период волны соответствует изменению фазы в
360 (2 радиан). Фаза волны постоянно увеличивается с ее распро-
странением; после 11/4 периода фаза равна 450 . В практических
системах истинная фаза редко известна, а важным фактором является
фаза в пределах одного периода, т.е. 90 для случая 11/4 периода.
Остаток главы посвящен трем типам модуляции.
АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
В системах с амплитудной модуляцией (АМ) модулирующая волна
изменяет амплитуду высокочастотной несущей волны. Рис. 3.4. по-
казывает форму волны на входе и выходе модулятора для простого
случая, когда модулирующая волна является тоном одной частоты
(Fm). Анализ частот на выходе показывает присутствие не только
входных частот Fc и Fm, но также их сумму и разность: Fc + Fm и
Fc - Fm. Это конечно не следует напрямую из формы волны на рис.
3.4. и лучшим представлением этого является использование гори-
зонтальной оси частот, вместо времени, как это дано на рис.3.5.
Если модулирующая волна является комплексной, как например сигнал
речи, который состоит из множества частот, то суммы и разности
различных частот займут две полосы, одна ниже, другая выше несу-
щей частоты. (Рис.3.6.). Их называют верхней и нижней боковыми.
Верхняя полоса является копией изначального разговорного сигнала,
только сдвинутого на частоту Fc. Нижняя полоса это инвертирован-
ная копия изначального сигнала, т.е. верхние частоты в оригинале
являются нижними частотами в нижней боковой.
Нижняя боковая это зеркальное отображение верхней боковой по от-
ношению к частоте несущей Fc. (Треугольная форма разговорного
сигнала на рис.3.6. просто упрощение, которое иллюстрирует ин-
версию нижней боковой; она не отражает распределение энергии
различных частот внутри сигнала).
Система с АМ, которая передает обе боковых и несущую, известна,
как двухполосная система (DSB - double sidebaud). Несущая не
несет никакой полезной информации и может быть убрана, но с не-
сущей или без,полоса сигнала DSB вдвое больше полосы изначального
сигнала. Для ссужения полосы возможно вытеснение не только
несущей, но и одной из боковых, так как они несут одну информа-
цию. Этот вид работы известен, как однополосная модуляция с по-
давленной несущей (SSB-SC - Single SideBand Suppressed Carrier).
( Эта техника широко используется в телефонных системах на FDM
мультиплексорах). Вообщем все, что делает SSB-SC это получение
нового сигнала идентичного оригиналу, но сдвинутого вверх по
частоте. Частоту несущей выбирают для того, чтобы дать наилучшие
условия транспортирования.
Демодуляция сигнала АМ достигается путем смешивания модулирован-
ного сигнала с несущей той же самой частоты, что и на модуляторе.
Изначальный сигнал затем получают, как отдельную частоту (или по-
лосу частот) и его можно отфильтровать от других сигналов. При
использовании SSB-SC несущая для демодуляции генерируется на месте
и она может не совпадать каким либо образом с частотой несущей на
модуляторе. Небольшая разница между двумя частотами является при-
чиной несовпадения частот, что присуще телефонным цепям.
АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Рис.3.7.b показывает несущую волну модулированную по амплиту-
де бинарным сигналом данных, показанным на рис.3.7.a.
Специальным случаем амплитудной модуляции является случай,
когда нижний из двух уровней амплитуд доведен до нуля; тогда
процесс модуляции состоит во включении и выключении несущей.
(рис.3.7с). Однако скачки в передаваемой энергии делают эту тех-
нику, не подходящей для передачи данных по сетям связи.
Прямоугольная волна, представленная на рис.3.7а, содержит высо-
кочастотные компоненты, и на практике в системах АМ сигнал данных
пропускают через фильтр нижних частот до модулятора. Это скруг-
ляет прямоугольную волну (рис.3.8), но не влияет на информацию,
содержащуюся в сигнале данных. На выходе модулятора содержатся
частоты, как показано на рис.3.9. Заметьте, что поскольку бинар-
ный сигнал данных имеет составляющие вплоть до нулевой частоты,
верхняя и нижняя боковые фактически встретились на Fc. Это обсто-
ятельство делает затруднительным подавление несущей или одной бо-
ковой и несущей, без влияния на оставшуюся полосу. Для уменьшения
полосы модулированного сигнала можно реально убрать большую часть
одной полосы, оставив только небольшой ее конец возле несущей.
(рис.3.10). Потери информации нет, так как нижняя полоса просто
дублирует информацию верхней полосы. Подобная техника называется
VSB ( VSB - vestigial sideband - модуляция с частично подавленной
боковой).
При разумном построении фильтра в системах VSB возможно подавить
несущую. Это приведет к подавлению и части верхней полосы, но
остаток нижней полосы, который будет сохранен, даст недостающие
частоты.
Правильная однополосная амплитудная модуляция с цифровым моду-
лирующем сигналом может быть достигнута только путем скремблиро-
вания (scrambeing - перемешивание) изначальных данных (т.е. внося
беспорядочность в поток бит) с целью удаления низкочастотных ком-
понентов, которые образуются от ряда поледовательных 1 или 0.
Это влечет рассоединение боковых от несущей (рис.3.11), что поз-
воляет отфильтровать одну боковую и несущую.
ИМПУЛЬСНАЯ АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
(PAM - pulse amplitude modulation)
Импульсная амплитудная модуляция - это когда модулирующий
сигнал является цифровым - дает средства кодирования более чем од-
ного бита на бод, путем кодирования бинарного сигнала данных в
сигнал с более чем двумя уровнями. Для примера, биты бинарного
сигнала данных могут быть разбиты на пары. Возможны четыре ком-
бинации пары бит и каждая пара может быть представлена одним из
4-х уровней амплитуды. Закодированный 4-х уровневый сигнал имеет
половину скорости в бодах изначального сигнала данных и может
быть использован для амплитудной модуляции несущей обычным обра-
зом.
ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ
В системах частотной модуляции FM частота несущей изме-
няется в соответствии с формой модулирующого сигнала.
Системы, где модулирующим сигналом является бинарный
сигнал и, следовательно, несущая переключается сигналами с одной
частоты на другую, называют системами FSK. (FSK - freguency
shift keying - с ключиванием частоты). Рис.3.12. показывает би-
нарный сигнал данных и соответствующую частотно-модулированную
несущую.
Анализ сигнала FM не так прост, как для сигнала AM, но
можно сделать одно упрощение, рассматривая сигнам FM, как сумму
двух сигналов AM, что показано на рис.3.13. И тогда не удиви-
тельно обнаружить, что полоса неодходимая для FM сигнала более
чем в два раза превышает полосу AM сигнала.
Частотная модуляция превосходит амплитудную в отношении устойчи-
вости к некоторым воздействиям, которые есть на телефонной сети
и ее следует использовать на более низких скоростях, где не тре-
буется большая полоса частот. FSK является асинхронной техникой
модуляции, для нее не требуется синхроимпульсов в модеме.
Таблица 3/1 показывает один из вариантов
Пара бит Изменение фазы
00 0
01 90
11 180
10 270
Табл.3.1. Кодирование парабит
Изменения фазы, показанные в таблице 3.1 это скачки фазы по от-
ношению к предыдущей фазе несущей. Рис.3.17 дает пример модуляции
частоты этим способом.
Альтернативным способом представления информации приведенной в
таблице 3/1, является использование фазовой диаграммы, показыва-
ющей возможные скачки фазы (рис.3.18).
Диаграмма этого вида позволяет получить очень наглядный метод
иллюстрации состояний, которые может принимать передаваемая несу-
щая, особенно для более сложной техники фазо-амплитудной моду-
ляции.
Мы уже видели, что для бинарного модулирующего сигнала двухфаз-
ная модуляция является эквивалентом амплитудной модуляции с двумя
боковыми и подавленной несущей (DSB - SC).
4-х фазовая модуляция является эквивалентом двух волн сигналов
DSB-SC со сдвигом фазы несущей на 90 по отношению к друг другу,
передаваемых одновременно и можно считать, что это особый тип
квадратурной амплитудной модуляции (QAM - Quadrature Amplitude
Modulation).Фазовая модуляция - это синхронный метод передачи,
требующий наличия в модеме синхроимпульсов.
ФАЗО-АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (КВАДРАТУРНАЯ МОДУЛЯЦИЯ - QAM).
Для дальнейшего роста числа бит на бод можно скомбинировать фа-
зовую и амплитудную модуляцию.Рис.3.18 показывает варианты скач-
ков фазы при одном из видов 4-фазной системы кодирования двух бит
на бод.Если позволить теперь амплитуде несущей принимать два
значения уровня для каждого из этих сигналов фазы,то мы получим
8 возможных состояний,которые может принимать несущая на каждый
период бода (рис.3.19).Это позволит переносить 3 бита на бод.
АМПЛИТУДНО-ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ С НЕСКОЛЬКИМИ НЕСУЩИМИ.
Один из современных методов амплитудно-фазовой модуляции
основан на одновременной передаче множества несущих.
Наиример, в одном конкретном приложении, используют 48 несущих,
разделенных полосой в 45 Гц. Путем комбинирования фазовой и амп-
литудной модуляции, каждая несущая может иметь до 32 дискретных
состояний на каждый период бода, позврляя переносить 5 бит на
бод. Таким образом 48 несущих могут переносить:5 х48 = 240 бит на
бод. Для работы со скоростью 9600 бит/сек скорость модуляции тре-
бует только 40 бод (9600:240); такая низкая скорость весьма тер-
пима к фазовым и амплитудным скачкам, которые присущи телефонной
сети. Реально используемая полоса - 2240 Гц. Модуляция и демоду-
ляция идут в цифровом виде в микропроцессоре.
Эта техника иллюстрирует, что достаточно дешевая электроника поз-
воляет реализовывать идеи, которые ни когда не стали бы практикой
совсем недавно.
ИМПУЛЬСНО-КОДОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ (PCM - PULCE CODE MODULATION)
Импульсно-кодовая модуляция включена в нашу дискуссию о
системах модуляции только из-за своей важности. Она обычно
рассматривается, как система для передачи аналоговых сигналов,
таких как голос, в цифровом виде. ИКМ не является техникой моду-
ляции используемой в модемах. (Хотя, некоторые широкополосные
модемы используют, подобно системам PCM линейный код HDB3).
В PCM аналоговый сигнал стробируется со скоростью (берутся
отсчеты) по крайней мере в два раза выше, чем наивысшая частотная
компонента аналогово сигнала. Системы PCM на телефонных сетях
стробируют 8000 раз в секунду. Каждый отсчет представляет из себя
