Modulatie is het proces waarbij de frequentie en sterkte van het berichtsignaal worden verhoogd en verbeterd. Het is het proces dat het originele signaal en het continue hoogfrequente signaal over elkaar heen legt. In Amplitudemodulatie (AM), wordt de amplitude van de draaggolf gevarieerd met het berichtsignaal. Het AM-proces wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding:

Bijvoorbeeld,

Audiosignaal

De audiosignalen zijn de signalen met veel ruis. Het is niet eenvoudig om dergelijke signalen over lange afstanden te verzenden. Daarom is modulatie van audiosignalen noodzakelijk voor een succesvolle verzending. AM-modulatie is een proces waarbij een berichtsignaal als draaggolfsignaal op de radiogolf wordt gesuperponeerd. Het wordt gecombineerd met de radiodraaggolf met hoge amplitude, waardoor de omvang van het audiosignaal toeneemt.

Op dezelfde manier, Frequentie modulatie (FM) houdt zich bezig met de frequentievariatie van het draaggolfsignaal, en Fasemodulatie (PM) houdt zich bezig met de fasevariatie van het draaggolfsignaal.

Laten we eerst analoog en de daaraan gerelateerde termen bespreken.

Laten we eerst analoog en de daaraan gerelateerde termen bespreken.

Analoog verwijst naar de voortdurende variatie in de tijd. We kunnen analoge communicatie en analoog signaal definiëren als: An analoge communicatie is een communicatie die voortdurend varieert in de tijd. Het werd ontdekt vóór digitale communicatie. Er is minder bandbreedte nodig voor transmissie met goedkope componenten. Een analoog signaal is een signaal dat voortdurend varieert met de tijd. De voorbeelden van analoge signalen omvatten sinusoïdale golven en vierkante golven.

Een eenvoudig analoog signaal wordt hieronder weergegeven:

Hier zullen we het volgende bespreken:

Wat is modulatie?

Soorten amplitudemodulatie

Geschiedenis van amplitudemodulatie

Behoefte aan modulatie

Frequentievertaling van AM

Modulatie-index

Efficiëntie van AM

Voor- en nadelen van amplitudemodulatie

Toepassingen van amplitudemodulatie

Numerieke voorbeelden

Wat is modulatie?

Wanneer het berichtsignaal over het draaggolfsignaal wordt gesuperponeerd, staat dit bekend als modulatie . Het berichtsignaal wordt bovenop de draaggolf gelegd. Gesuperponeerd betekent hier dat een signaal op het andere signaal wordt geplaatst. Het resulterende gevormde signaal heeft een verbeterde frequentie en sterkte.

De vertaling van het signaal is aan de zenderzijde vereist voor zowel de analoge als de digitale signalen. De vertaling wordt uitgevoerd voordat het signaal op het kanaal wordt gebracht voor verzending naar de ontvanger.

Bericht signaal

Het originele signaal dat een bericht bevat dat naar de ontvanger moet worden verzonden, staat bekend als berichtsignaal.

Vervoerder signaal

Een draaggolfsignaal is een signaal met een constante frequentie, die doorgaans hoog is. De draaggolfsignaalgolven hebben geen medium nodig om zich voort te planten.

Basisband signaal

Een berichtsignaal dat de frequentieband vertegenwoordigt, staat bekend als een basisbandsignaal. Het bereik van basisbandsignalen loopt van 0 Hz tot de grensfrequentie. Het wordt ook wel een ongemoduleerd signaal of laagfrequent signaal genoemd.

Een analoog signaal is de uitvoer van een licht-/geluidsgolf die wordt omgezet in een elektrisch signaal.

Doorlaatband signaal

Het is gecentreerd op de frequentie hoger dan de maximale component van het berichtsignaal.

Voorbeeld

Laten we een voorbeeld bekijken van spraak signaal . Het is een soort audiosignaal.

Het spraaksignaal heeft lagere basisbandfrequenties in het bereik van 0,3 tot 3,4k Hz. Als twee personen op hetzelfde kanaal willen communiceren, zullen de basisbandfrequenties interfereren. Dit komt omdat de lagere frequenties geen twee basisbandfrequenties op hetzelfde kanaal kunnen toestaan. Daarom wordt bij het spraaksignaal een draaggolf met een hoge frequentie tot 8 kHz gebruikt. Het vergroot het frequentiebereik van het spraaksignaal. Hiermee kunnen twee personen zonder enige interferentie op hetzelfde kanaal communiceren.

Behoefte aan modulatie

Een communicatiesysteem verzendt de gegevens van de zender naar de ontvanger. De gegevens worden verwerkt en reizen meer dan honderden kilometers voordat ze de ontvanger bereiken. De ruis tijdens de transmissie kan de vorm van het communicatiesignaal beïnvloeden. Het misleidt de ontvangen informatie verder door de frequentie en sterkte van het signaal te verminderen. Er is een proces nodig dat de frequentie en de sterkte van het signaal verhoogt. Het communicatieproces staat bekend als modulatie .

Het is essentieel om tijdens de communicatie een signaal van de ene plaats naar de andere te verzenden. Hier wordt een origineel signaal vervangen door het nieuwe, waardoor de frequentie toeneemt van f1 - f2 naar f1' - f2'. Het is aanwezig in de herstelbare vorm aan de ontvangerzijde. De eis van modulatie is gebaseerd op de volgende factoren:

1. Frequentiemultiplexing
2. Antennes
3. Smalle banden
4. Gemeenschappelijke verwerking

Frequentiemultiplexing

Multiplexing verwijst naar het vertalen van meerdere signalen op hetzelfde kanaal. Stel dat we drie signalen hebben die via één enkel communicatiekanaal moeten worden verzonden zonder de kwaliteit en gegevens van het signaal te beïnvloeden. Het betekent dat de signalen aan de ontvangende kant onderscheidbaar en herstelbaar moeten zijn. Dit kan worden gedaan door de drie signalen op verschillende frequenties te vertalen. Het voorkomt dat de meerdere signalen elkaar kruisen.

Stel dat het frequentiebereik van drie signalen -f1 tot f1, -f2 tot f2 en -f3 tot f3 is. De signalen worden gescheiden door een bewaker ertussen, zoals hieronder weergegeven:

Java iteratie kaart

Als de geselecteerde frequenties van deze signalen elkaar niet overlappen, kan deze gemakkelijk worden teruggevonden aan de ontvangende kant door gebruik te maken van geschikte banddoorlaatfilters.

Antennes

De antennes zenden en ontvangen signalen in de vrije ruimte. De lengte van de antenne wordt geselecteerd op basis van de golflengte van het verzonden signaal.

Smalband

Het signaal wordt met behulp van een antenne in de vrije ruimte verzonden. Stel dat het frequentiebereik van 50 tot 10 ligt⁴Hz. De verhouding tussen de hoogste en de laagste frequentie is 10⁴/50 of 200. Bij deze verhouding wordt de lengte van de antenne aan het ene uiteinde te lang en aan het andere uiteinde te kort. Het is niet geschikt voor verzending. Daarom wordt het audiosignaal vertaald naar het bereik (10⁶+ 50) tot (10⁶+ 10⁴). De verhouding zal nu rond de 1,01 liggen. Het is bekend als smalband .

Het vertaalproces kan dus afhankelijk van de vereisten worden gewijzigd in smalband of breedband.

Gemeenschappelijke verwerking

Soms moeten we het spectrale frequentiebereik van verschillende signalen verwerken. Als er grote aantallen signalen zijn, is het beter om in een vast frequentiebereik te werken in plaats van het frequentiebereik van elk signaal te verwerken.

Bijvoorbeeld,

Superheteroyne-ontvanger

Hier wordt een gemeenschappelijk verwerkingsblok afgestemd op een andere frequentie door gebruik te maken van een lokale oscillator.

string methoden

Soorten amplitudemodulatie

De typen modulatie worden aangegeven door de DAT (Internationale Telecommunicatie-unie). Er zijn drie soorten amplitudemodulatie:

• Modulatie met enkele zijband
• Dubbele zijbandmodulatie
• Resterende zijbandmodulatie

De oorspronkelijke naam van de AM was DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation), omdat de zijbanden aan weerszijden van de draaggolffrequentie kunnen verschijnen.

Enkele zijbandmodulatie (SSB)

De SSB AM is de standaardmethode om zijbanden aan slechts één kant van de draaggolffrequentie te produceren. De amplitudemodulatie kan zijbanden aan beide zijden van de draaggolffrequentie produceren. In SSB gebruikt het banddoorlaatfilters om één zijband te negeren. Het SSB-modulatieproces verbetert het bandbreedtegebruik en het totale transmissievermogen van het transmissiemedium.

Dubbele zijband onderdrukte draaggolfmodulatie (DSB-SCB)

Dubbel betekent twee zijbanden. De frequenties geproduceerd door de AM in DSB zijn symmetrisch ten opzichte van de draaggolffrequentie. De DSB wordt verder gecategoriseerd als DSB-SC En DSB-C . De DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) modulatie bevat geen draaggolfband, waardoor de efficiëntie ook maximaal is in vergelijking met andere vormen van modulatie. Het dragergedeelte in de DSB-SC wordt verwijderd uit de uitvoercomponent. De DSB-C (Double Sideband with Carrier) bestaat uit de draaggolf. De door de DSB-C geproduceerde output heeft een drager in combinatie met het bericht en de dragercomponent.

Resterende zijbandmodulatie (VSB)

Een deel van de informatie is SSB en DSB kan verloren gaan. Daarom wordt VSB gebruikt om de nadelen van deze twee soorten AM te ondervangen. Overblijfsel betekent een deel van het signaal. Bij VSB wordt een deel van het signaal gemoduleerd.

We zullen de drie soorten AM later in de tutorial in detail bespreken.

Geschiedenis van amplitudemodulatie

• In 1831 ontdekte de Engelse wetenschapper Michael Faraday het elektromagnetische verschijnsel
• In 1873 beschreef een wiskundige en wetenschapper James C. Maxwell de voortplanting van de EM-golven.
• In 1875 ontdekte A Graham Bell de telefoon.
• In 1887 ontdekte een Duitse natuurkundige H Hertz het bestaan ​​van radiogolven.
• In 1901 noemde een Canadese ingenieur R Fessenden vertaalde het eerste amplitudegemoduleerde signaal.
• R Fessenden ontdekte het met behulp van de vonkbrugzender, die het signaal uitzendt met behulp van een elektrische vonk.
• De praktische implementatie van de AM begon tussen 1900 en 1920 via radiotelefoontransmissie. Het was communicatie via het audio- of spraaksignaal.
• De eerste continue Am-zender werd rond 1906 - 1910 ontwikkeld.
• In 1915, een Amerikaanse theoreticus JR Carson startte de wiskundige analyse van de amplitudemodulatie. Hij liet zien dat de enkele band voldoende is voor de overdracht van het audiosignaal.
• Op 1 december 1915 patenteerde JR Carson de SSB (Enkele zijband) Modulatie.
• De radio-AM-uitzendingen werden populair na de uitvinding van de vacuümbuis rond 1920.

Frequentievertaling van amplitudemodulatie

Een signaal wordt verzonden door het te vermenigvuldigen met een sinusoïdaal hulpsignaal. Het wordt gegeven door:

Vm(t) = A_Mcosω_MT

Vm(t) = A_Mcos2πf_MT

Waar,

Am is de amplitudeconstante

Fm is de modulerende frequentie

Fm = ω_M/2p

Het spectrale patroon zal een dubbelzijdig amplitudepatroon zijn. Het bestaat uit twee lijnen met elk een amplitude Am/2, zoals hieronder weergegeven:

Het bevindt zich in het frequentiebereik van f = fm tot f = -fm.

Laat het sinusoïdale hulpsignaal Vc(t) zijn.

Vc(t) = A_Ccosω_CT

Door het dubbele spectrale patroon te vermenigvuldigen met het hulpsignaal, krijgen we:

Vm(t). Vc(t) = A_Mcosω_Mt x A_Ccosω_CT

Vm(t). Vc(t) = A_MA_Ccosω_Mt cosω_CT

Er zijn nu vier spectrale componenten, zoals hierboven weergegeven.

Het betekent dat het spectrale patroon nu twee sinusoïdale golfvormen heeft met de frequentie Fc + Fm en Fc - Fm. De amplitude vóór vermenigvuldiging was Am/2. Maar de componenten na vermenigvuldiging zijn verhoogd van twee naar vier.

De amplitude wordt nu:

AmAc/4

1 sinusoïdale component = 2 spectrale componenten

De amplitude van elke sinusoïdale component zal dus zijn:

AmAc/2

Het spectrale patroon na de vermenigvuldiging wordt vertaald in zowel positieve als negatieve frequentierichtingen. Als de versterking van deze vier spectrale patronen wordt vermenigvuldigd, zal het resultaat zes spectrale componenten zijn in de vorm van acht sinusoïdale golfvormen.

Modulatie-index

De modulatie-index wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de maximale waarde van het berichtsignaal en het draaggolfsignaal.

Het wordt gegeven door:

Modulatie-index = M/A

Waar,

M is de amplitude van het berichtsignaal

A is de amplitude van het draaggolfsignaal

Of

Modulatie-index = Am/Ac

Efficiëntie van AM

De efficiëntie van amplitudemodulatie wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het zijbandvermogen en het totale vermogen.

Efficiëntie = Ps/Pt

Het totale vermogen is de som van het zijbandvermogen en het draaggolfvermogen.

Pt = Ps + St

We kunnen de efficiëntie dus ook definiëren als:

Efficiëntie = Ps/ Ps + St

Het Am-signaal in het frequentiedomein kan worden weergegeven als:

S(t) = EEN_C[1 + km(t)] cosω_CT

Waar,

m(t) is het basisbandsignaal

k is de amplitudegevoeligheid

s(t) behoudt het basisbandsignaal I zijn omhullende

s(t) = EEN_Ccosω_Ct + EEN_Ckm(t)cosω_CT

De eerste term is de dragerterm en de tweede term is de zijbandterm.

Het vermogen kan worden weergegeven als:

Voor de dragertermijn is Vermogen =A_C²/2

Voor de zijbandterm is Vermogen =A_C²k²/2x Pm

Pm is het gemiddelde vermogen van het berichtsignaal dat aanwezig is in de zijbandterm.

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

Efficiëntie= k²Pm/1 + k²P.m

Het is de gebruikelijke uitdrukking die wordt gebruikt om de energie-efficiëntie van de amplitudemodulatie te vinden.

Omdat er geen draaggolf is in de Double Sideband Suppress Carrier Modulation, is de efficiëntie 50%. De efficiëntie van een enkeltoonsgemoduleerd signaal in het geval van de sinusoïdale golfvorm is ongeveer 33%. Het maximale rendement van 100% kan worden bereikt met behulp van de SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).

Voordelen

De voordelen van de amplitudemodulatie zijn als volgt:

• De amplitudemodulatie helpt het signaal lange afstanden af ​​te leggen door de amplitude van het berichtsignaal te variëren.
• De componenten die in de AM-ontvangers en -zenders worden gebruikt, hebben lage kosten.
• AM-signalen zijn gemakkelijk te moduleren en demoduleren.
• Het gemoduleerde signaal heeft een lagere frequentie dan het signaal van de dragers.
• Het implementatieproces van amplitudemodulatie is eenvoudig.
• Het communicatiekanaal dat voor transmissie wordt gebruikt, kan een bedraad kanaal of een draadloos kanaal zijn. Het verbindt de zender met de ontvanger. Het draagt ​​ook informatie over van de zender naar de ontvanger.

Nadelen

AM is een veelgebruikte modulatie, ondanks de verschillende nadelen. De nadelen van de amplitudemodulatie zijn als volgt:

• Het is gevoeliger voor ruis vanwege de aanwezigheid van AM-detectoren. Het beïnvloedt de kwaliteit van het signaal dat de ontvanger bereikt.
• Het heeft zijbanden aan beide zijden van de draaggolffrequentie. Het vermogen in de dubbele zijbanden wordt niet 100% benut. Het vermogen dat door de AM-golven wordt gedragen, bedraagt ​​ongeveer 33%. Het betekent dat meer dan de helft van de kracht aan de dubbelzijdige kant verspild wordt.
• AM vereist een hoge bandbreedte, d.w.z. tweemaal zoveel als de audiofrequentie.

Toepassingen van amplitudemodulatie

De toepassingen van amplitudemodulatie zijn als volgt:

Uitzending
Amplitudemodulatie verhoogt de frequentie van het berichtsignaal vanwege de aanwezigheid van een hoogfrequent draaggolfsignaal. Daarom wordt het vanwege dit voordeel veel gebruikt bij de omroep.Bandradio's
Amplitudemodulatie wordt gebruikt in draagbare portofoons en bandradio's voor effectieve communicatie.

Numerieke voorbeelden

Laten we een voorbeeld bespreken gebaseerd op de amplitudemodulatie.

Voorbeeld: Vind het totale vermogen van het amplitudegemoduleerde signaal met een draaggolfvermogen van 400 W en een modulatie-index van 0,8.

Oplossing : De formule om het totale vermogen van het amplitudegemoduleerde signaal te berekenen wordt gegeven door:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Waar,

Pt is het totale vermogen

Pc is de draagkracht

M is het gemoduleerde signaal

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

Het totale vermogen van het amplitudegemoduleerde signaal bedraagt ​​dus 528 watt.

Voorbeeld 2: Wat is de maximale efficiëntie van het enkelvoudige toonmodulatiesignaal?

Oplossing : Het maximale rendement van het enkelvoudige toonmodulatiesignaal is 33%.

Het rendement wordt gegeven door de formule:
Efficiëntie = u²/(2 + u²)

levenscyclus van softwareontwikkeling

Bij maximale efficiëntie is u = 1

Efficiëntie = 1²/(2 + 1²)

Efficiëntie = 1/3

Rendement % = 1/3 x 100

Efficiëntie% = 100/3

Efficiëntie% = 33,33