دانلود تحقیق مدولاسیون AM

مدولاسیون و کدگذاری

مدولاسیون و کدگذاری، اعمالی هستند که در فرستنده انجام می شوند تا انتقال اطلاعات کامل و قابل اطمینان گردد.

 

روش‌های مدولاسیون

مدولاسیون دو نوع موج را دربر می‌گیرد:

«سیگنال مدوله‌کنند» که بیانگر پیام است

«موج مدوله» که برای کاربردی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدوله‌کننده حامل را با تغییرات سیگنال مدوله‌کننده به صورت سیستماتیک تغییر می‌دهد.

بدینصورت موج مدوله‌شده حاصل، اطلاعات پیام را حامل می‌کند.

ما معمولاً نیاز داریم که مدولاسیون یک عمل قابل بازگشت باشد، بنابراین با فرآیند مکمل «دی‌ مدولاسیون» می‌توانیم پیام را بازسازی کنیم.

شکل زیر، قسمتی از یک سیگنال مدوله آنالوگ (قسمت a) و موج مدوله شده آن را نشان می‌دهد که با تغییردادن دامنه یک موج سینوسی (قسمت b) بدست آمده است.

این همان مدولاسیون دامنه (AM) است که برای پخش رادیویی و کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پیام را ممکن است با مدولاسیون فرکانس (FM) یا مدولاسیون فاز (PM) نیز روی حامل سینوسی سوار کرد.

تمام روش‌های مدولاسیون با حامل سینوسی، تحت عنوان مدولاسیون «موج پیوسته» (CW) دسته‌بندی می‌شوند.

اتفاقاً هنگامی که شما صحبت می‌کنید، همانند یک مدوله‌کننده (CW) عمل می‌نماید.

انتقال صدا از طریق هوا با تولید نواخت‌های حامل در تار آواها و مدوله‌کردن این نواخت‌ها با اعمال ماهیچه‌ای دستگاه گویایی انجام می‌گیرد.

بنابراین آنچه گوش به عنوان سخن می‌شوند، یک موج آکوستیک مدوله‌شده است که شبیه یک سیگنال AM می‌باشد.

سیگنال مدوله

حامل سینوسی با مدولاسیون دامنه

حامل با مدولاسیون دامنه

اکثر سیستم‌های مخابراتی فواصل دور، یک حامل فرکانسی مدولاسیون CW را بکار می‌گیرند که خیلی بالاتر از بالاترین جزء فرکانسی سیگنال مدوله می‌باشد.

بنابراین طیف سیگنال مدوله‌شده در باندی از دامنه‌های فرکانسی است که در پیرامون حامل فرکانسی قرار دارند.

تحت این شرایط که ما می‌گوییم که مدولاسیون CW «تبدیل فرکانسی» تولید می‌کند.

برای مثال در پخش به طریق AM، طیف پیام بطور نمونه از 100 هرتز تا 5 کیلوهرتز را دربر دارد.

اگر فرکانس حامل 600 کیلوهرتز باشد، طیف حامل مدوله شده 595 تا 605 کیلوهرتز را می‌پوشاند.

روش دیگر مدولاسیون که «مدولاسیون پالسی» خوانده می‌شود، دارای قطار پالسی از پالس‌های کوتاه به عنوان موج حامل می‌باشد.

شکل قبل، موجی را با مدولاسیون دامنه پالسی (PAM) نشان می‌دهد.

توجه شود که این موج PAM شامل نمونه‌های کوتاهی است که از سیگنال آنالوگ در بالای شکل گرفته است.

«نمونه‌برداری» یک تکنیک پردازش سیگنال مهم است و تحت شرایط مشخصی ممکن است که یک شکل موج کامل از نمونه‌های تناوبی را «بازسازی» کنیم.

اما مدولاسیون پالسی به تنهایی تبدیل فرکانسی لازم برای انتقال سیگنالی مناسب را تولید نمی‌کند.

بنابراین تعدادی از فرستنده‌ها پالس و مدولاسیون CW را با هم ترکیب می‌کنند.

تکنیک‌های دیگر مدولاسیون که بطور خلاصه تشریح شده است، مدولاسیون پالس را با کدگذاری ترکیب می‌کنند.

مزایا و کاربردهای مدولاسیون

هدف اولیه مدولاسیون در یک سیستم مخابراتی تولید یک سیگنال مدوله‌شده مناسب با خصوصیات کانال انتقال می‌باشد.

در واقع چندین مزیت و کاربرد عملی مدولاسیون در زیر مورد بحث قرار می‌گیرد.

 

مدولاسیون برای انتقال مناسب

انتقال سیگنال در فاصله‌های قابل توجه همواره یک موج الکترومغناطیس سیار با یک رابط هدایت‌کننده یا بدون آن دربر دارد.

کارآیی هر روش انتقال خاص به فرکانس سیگنالی که ارسال می‌شود، بستگی دارد.

با بکارگیری قابلیت تبدیل فرکانسی مدولاسیون CW، اطلاعات پیام را می‌توان روی حاملی که فرکانسش برای روش انتقال موردنظر انتخاب شده، سوار کرد.

به عنوان موردی از این نکته، انتشار امواج در خط دید آنتن‌هایی نیاز دارد که ابعاد فیزیکی آنها حداقل 1/1 طول موج سیگنال است.

بدین طریق، انتقال مدوله‌نشده یک سیگنال صوتی که شامل اجزاء فرکانسی پایین تا 100 هرتز می‌باشد به آنتی‌هایی به طول 300 کیلومتر نیاز دارد.

 

انتقال‌ مدوله شده در 100 مگاهرتز مثلاً در پخش FM، استفاده از یک آنتن قابل استفاده به اندازه تقریبی یک متر را امکان‌پذیر می‌سازد.

در فرکانس‌های پایین 100 مگاهرتز، روش‌های تکثیر دیگری با آنتن‌هایی به اندازه مقبول، کارآیی بیشتری دارند.

نشریه دوفرانس، عملکرد فشرده‌ای از پخش امواج رادیویی و آنتن‌ها در اختیار می‌گذارد.

شکل زیر، به منظور اهداف رجوعی نسبت‌هایی از طیف الکترومغناطیسی را نشان می‌دهد که مناسب انتقال سیگنالی است.

این شکل شامل طول موج فضای آزاد، عناوین باندهای فرکانسی و وسایل انتقال نمونه‌ای و روش‌های انتشار امواج می‌باشد.

همچنین کاربردهایی نمونه‌ای را دربر دارد که توسط کمیسیون مخابرات فدرال ایالات متحده رسمیت یافته است.

 

مدولاسیون برای غلبه بر محدودیت‌های سخت‌افزاری

ممکن است که طرح یک سیستم مخابراتی به خاطر قیمت و در دسترس نبودن سخت‌افزار که غالباً عملکردشان بسته به فرکانس کار است، محدود گردد.

مدولاسیون به طرح امکان می‌دهد که سیگنال را در یک محدوده فرکانسی قرار دهد که محدودیت‌های سخت‌افزاری نداشته باشد.

یکی از ملاحظات خاص در طول این خط مسئله، «پهنای باند جزئی» می‌باشد که آن پهنای باند مطلقی است که بوسیله فرکانس مرکزی تقسیم شده است.

اگر پهنای باند جزئی بین 1-10% نگه داشته شود، هزینه‌ها و پیچیدگی‌های سخت‌افزاری به حداقل می‌رسد.

ملاحظات پهنای باند جزئی این واقعیت را که واحدهای مدولاسیون هم در گیرنده‌ها و هم در فرستنده‌ها وجود دارند، توجیه می‌کند.

به همین سان سیگنال‌های با پهنای باند گسترده را باید با حامل‌هایی که دارای فرکانس بالا هستند، مدوله کرد.

از آنجائیکه میزان اطلاعات به نسبت پهنای باند بر طبق قانون هرتلی شانون می‌باشد، نتیجه می‌گیریم که میزان زیادی از اطلاعات به یک فرکانس حامل بالا نیاز دارد.

برای مثال، یک سیستم مایکروویو 5 مگاهرتزی می‌تواند در یک فاصله زمانی مفروض اطلاعاتی معادل 10000 برابر، کانال رادیویی 500 کیلوهرتزی را منتقل نماید و در طیف الکترومغناطیس حتی بالاتر رفته و یک شعاع لیزر نوری دارای قابلیت پهنای باند معادل 10 میلیون کانال تلویزیونی می‌باشد.

 

مدولاسیون برای کاستن نویز و تداخل

یکی از روش‌های موثر مقابله با نویز و تداخل، افزودن قدرت سیگنال است، تا حدی که بر نویز و تداخل غلبه‌ کند.

اما توان افزایشی پرهزینه بوده و ممکن است به تجهیزات صدمه برساند.

(یکی از خطوط اولیه ترانس آتلانتیک در تلاش برای مفیدساختن سیگنال دریافتی با نیروی قوی، از بین رفت)

خوشبختانه FM و چند نوع دیکر مدولاسیون قابلیت ارزشمندی در جلوگیری از تاثیر نویز و تداخل دارند.

این قابلیت، «کاهش نویز باند عریض» خوانده می‌شود، زیرا به پهنای باند ارسالی بیشتری نسبت به پهنای باند سیگنال مدوله نیاز دارد.

بنابراین، مدولاسیون باند عریض به طراح امکان می‌دهد که پهنای باند افزایش یافته را به ازای قدرت کاهش یافته سیگنال داشته باشد، تعویضی که قانون هارتلی شانون نیز متضمن آن است.

توجه شود که ممکن است یک حامل فرکانس بالاتر برای مدولاسیون پهنای باند، مورد نیاز باشد.

 

مدولاسیون برای تخصیص فرکانس

هنگامی که شما ایستگاه خاصی را با رادیو یا تلویزیون می‌گیرید، مشغول انتخاب یکی از سیگنال‌های بسیاری هستید که در آن لحظه دریافت می‌شود.

از آنجائیکه هر ایستگاه دارای فرکانس حامل معین متفاوتی است،

سیگنال موردنظر را می‌توان با فیلترکردن از سیگنالی دیگر جدا کرد.

اگر مدولاسیون نبود، در یک منطقه مفروض تنها یک ایستگاه قابل پخش وجود داشت، در غیراینصورت دو یا چند ایستگاه روی هم می‌افتاد و تداخل مایوس‌کننده‌ای بوجود می‌آورد.

 

مدولاسیون برای مالتی‌پلکس کردن

مالتی‌پلکس کردن، فرآیند ترکیب کردن چند سیگنال برای انتقال همزمان روی یک کانال است.

مالتی‌پلکس، تقسیم فرکانسی (FDM) برای قراردادن هر سیگنال روی یک حامل فرکانس متفاوت از مدولاسیون CW استفاده می‌کند و مجموعه‌ای از فیلترها و سیگنالها را در مقصد تفکیک می‌نماید.

مالتی‌پلکس تقسیم زمانی (TDM) برای نمونه‌های سیگنال‌های متفاوت در مقاطع زمانی متمایز از مدولاسیون پالسی استفاده می‌کند.

برای مثال در شکل زیر شکاف بین پالس‌ها را می‌توان با نمونه‌هایی از سگنال‌های دیگر، پرکرد.

سپس یک مدار سوئیچینگ در مقصد برای بازسازی سیگنال، نمونه‌ها را از هم جدا می‌نماید.

کاربرد مالتی‌پلکس، شامل تله‌متری اطلاعات (مسافت‌سنجی رادیویی)، پخش استریوفینگ FM و تلفن دوربرد می‌باشد.

تعدادی معادل 1800 سیگنال صوتی را می‌توان روی یک کابل کواکسیال با قر کمتر از یک سانتی‌متر مالتی‌پلکس کرد.

بدین‌سان مالتی‌پلکی راه دیگری برای کارآیی فزاینده مخابرات فراهم می‌آورد.

روش‌های کدگذاری و فایده‌های آن

م مدولاسیون را به عنوان عمل پردازش سیگنال به منظور انتقال موثر تشریح کردیم.

کدکردن عمل پردازش سمبل است که برای مخابرات پیشرفته هنگامی که اطلاعات دیجیتالی یا قابل ارائه به صورت سمبل‌های گسسته هستند، بکار می‌رود.

ممکن است برای انتقال دیجیتالی راه دور به صورت مطمئن، هردو عمل کدکردن و مدولاسیون ضروری باشد.

عمل کدگذاری، پیام دیجیتالی را به صورت یک سری از سمبل‌های جدید درمی‌آورد.

عمل دی‌کودینگ یک سری سمبل کدشده را احتمالاً با خطاهایی که بخاطر آلودگی‌های انتقال ایجاد می‌شود، به صورت پیام اولیه درمی‌آورد.

اکثر روش‌های کدکردن مدارهای لاجیک دیجیتالی و سمبل‌های باینری را که با ارقام 0.1 تطبیق دارد، دربر می‌گیرد

یک ترمینال کامپیوتری یا منبع دیجیتالی دیگری را در نظر بگیرید که دارای تعداد سمبل M>>2 باشد.

انتقال بدون کدگذاری یک پیام از این منبع به تعداد M موج متفاوت هرکدام برای انتقال یک سمبل نیاز دارد، درصورتیکه هر سمبل را می‌توان یک کد باینری که از K رقم باینری تشکیل شده، نمایش داد.

از آنجائیکه 2^k کلمه با استفاده از K رقم باینری می‌توان ساخت، ما به K≥log₂M رقم برای هر کلمه کد احتیاج داریم تا M سمبل منبع را به صورت کد درآوریم.

اگر منبع r سمبل در هر ثانیه تولید کند، کد باینری دارای Kr رقم در هر ثانیه خواهد بود و پهنای باند انتقال K برابر پهنای باند یک سیگنال کدنشده می‌باشد.

در تبادل برای پهنای باند افزایش یافته، کدگذرای باینری سمبل‌های منبع Mتایی دو مزیت دارد.

اول اینکه برای رساندن یک سیگنال باینری که مرکب از تنها دو موج متفاوت است، به سخت‌افزار ساده‌تری نیاز است.

دوم آنکه نویز مزاحم تاثیر کمتری بر یک سیگنال باینری دارد تا بر سیگنالی که مرکب از M موج مختلف است.

بنابراین، خطاهای حاصل از نویز کمتری خواهد بود.

از این رو این روش کدکردن به صورتی اساسی تکنیکی دیجیتالی برای کاهش نویز در باند عریض می‌باشد.

کدگذاری برای کنترل خطاها در جهت کاهش نویز باند عریض فراتر می‌رود.

با ضمیمه کردن رقم‌های کنترل اضافی برای هر کلمه کد باینری اکثراً خطاها را می‌توان پیدا و حتی تصحیح کرد.

کدینگ کنترل خطا هم پهنای باند و هم پیچیدگی سخت‌افزار را می‌افزاید، اما علی‌رغم نسبت پایین سیگنال به نویز ارتباط دیجیتالی تقریباً بدون خطایی بدست می‌دهد.

اکنون بادرنظر گرفتن جهت مخالف تصور کنید که یک منبع اطلاعاتی باینری داریم و یک سیستم مخابراتی با نسبت سیگنال به نویز کافی، اما پهنای باند محدود.

این شرایط بطور مثال در شبکه‌های مخابراتی کامپیوتری که از خط‌های تلفن استفاده می‌کنند، پیش می‌آید.

بلوک‌های کدگذرای K رقم باینری وقتی به عنوان سمبل‌های Mتایی مورد استفاده قرار گیرند، پهنای باند لازم را با ضریب K=log₂M کاهش می‌دهند.

بدینوسیله نسبت اطلاعاتی افزایش یافته‌ای روی یک کانال با پهنای باند محدود امکان‌پذیر می‌شود.

یک تکنیک آماری پیچیده‌تر به نام «کدکردن منبع» ممکن است نیاز به پهنای باند کمتری را امکان‌پذیر نماید.

نهایتاً فایده‌های کدکردن دیجیتالی را می‌توان در مخابرات آنالوگ با کمک یک روش تبدیل آنالوگ به دیجیتال همچون مدولاسیون پالس کد (PCM) بیان کرد.

یک سیگنال PCM، با نمونه‌برداری از پیام آنالوگ و تبدیل آنها به (کوآنتیزه کردن) مقادیر نمونه، تولید می‌شود.

PCM با توجه به قابلیت اتکاء، روانی و کارایی انتقال دیجیتالی به روش مهمی برای مخابرات آنالوگ تبدیل شده است.

علاوه بر این هنگامی که PCM با میکروپروسسور با سرعت بالا همراه شود، جانشین ساختن پردازش سیگنال دیجیتال به جای آنالوگ را امکان‌پذیر می‌سازد.

نهایتاً فایده‌های کدکردن دیجیتالی را می‌توان در مخابرات آنالوگ با کمک یک روش تبدیل آنالوگ به دیجیتال همچون مدولاسیون پالس کد (PCM) بیان کرد.

یک سیگنال PCM، با نمونه‌برداری از پیام آنالوگ و تبدیل آنها به (کوآنتیزه کردن) مقادیر نمونه، تولید می‌شود.

PCM با توجه به قابلیت اتکاء، روانی و کارایی انتقال دیجیتالی به روش مهمی برای مخابرات آنالوگ تبدیل شده است.

علاوه بر این هنگامی که PCM با میکروپروسسور با سرعت بالا همراه شود، جانشین ساختن پردازش سیگنال دیجیتال به جای آنالوگ را امکان‌پذیر می‌سازد.

تکنیک‌های مدولاسیون مفهوم اساس مدولاسیون و دمدولاسیون عمل الکتریکی یا الکترونیکی که معمولاً مدولاسیون می‌نامیم، شکلی از ضرب کردن یک سیگنال در سیگنال دیگر است.

چون ضرب یک تابع زمانی در تایع زمانی دیگر عملی غیرخطی است و بدلیل اینکه همه سیگنال‌ها به شکل تابع زمانی قابل تعریف‌اند، پس مدولاسیون عملی غیزخطی است.

حتی وقتی که اصطلاح مدوله‌کننده خطی بهکار رود، عمل آشکارسازی یا دمدولاسیون نیز که اکنون خواهیم دید، به همین ترتیب دسته‌بندی می‌شود، بجز آنکه ممکن است سیگنالی در خودش ضرب شود.

در روش‌های ضرب سیگنال‌ها، در هم اختلافات زیادی وجود دارد و این باعث بوجود آمدن انواع روش‌های مختلف مدولاسیون می‌شود که طی سال‌ها پی‌ریزی شده است.

مدولاسیون دامنه‌ای (AM)، تک‌باند کناری (SSB)، دو باند کناری با حذف عامل (DSB-SC) و تک باند دانباله‌دار (VSB) یکی از قدیمی‌ترین شکل‌های مدولاسیون و یکی از متداولترین آنها که امروزه به کار می‌رود، مدولاسیون دامنه‌ای است.

امروزه این روش بطور عادی از ضرب یک عبارت شامل جمع سیگنال اطلاعات و یک مقدار ثابت در سیگنالی دارای فرکانس بسیار بزرگتر بنام سیگنال حامل بدست می‌آید.

برای مثال: سیگنال اطلاعات با حداکثر فرکانس: سیگنال حامل: که است.

پس سیگنال مدوله شده خروجی از رابطه زیر بدست می‌آید: که را پیک شاخص مدولاسیون AM گویند.

به عنوان مثال، فرض کنید یک سیگنال تون ساده صوتی باشد و باشد.

پس: از رابطه بالا می‌بینیم که حاصل ضرب سیگنال اطلاع و یک مقدار ثابت از سیگنال حامل سه مولفه سینوسی تولید می‌کند که ما آنها را حامل، باند کناری پائین و باند کناری بالا می‌نامیم.

اگر به منحنی دامنه این سیگنال‌ها بر حسب فرکانس نگاه کنیم، می‌بینیم که طیف Sc(t) شبیه شکل زیر است.

وقتی است، می‌گوئیم مدولاسیون پیک 100% داریم.

شکل1: طیف یک سیگنال AM با مدولاسیون 100% و یک سیگنال سینوسی اگر کمتر از یک باشد، می‌گودیم مدولاسیون کمتر از 100% داریم.

اگر این ضرب را رابطه قبل عمل کنیم، نشان می‌دهد که مولفه حامل با دامنه A ثابت می‌ماند، ولی دو باند کناری به نسبت کاهش می‌یابند.

در این شرایط می‌گوییم که درصد مدولاسیون پیک برابر با است.

بیشتری سیگنال‌های اطلاعات که با آنها کار می‌کنیم، سیگنال ساده تون سینوسی نیستند، بلکه نسبتاً پیچیده‌ترند که از مولفه‌های فوریه زیادی تشکیل می‌شود.

اما چون هر مولفه فوری سینوسی است، هر مولفه فوریه دو سیگنال مدوله‌کننده اطلاعات یک زوج کنار باند درست به ترتیبی که شرح داده شد، تولید می‌کند.

پس یک سیگنال متناوب با 4 مولفه فوریه، یک سیگنال مدوله شده با 4 کنارباند بالا تولید می‌کند.

برای یک سیگنال غیرمتناوب نمی‌توانیم درباره مولفه‌های فوریه صحبت کنیم.

ولی می‌توانیم درباره مولفه‌های انتگرال فوریه (یا تبدیل فوریه) آن سیگنال صحبت کنیم.

در چنین حالتی، بجار طیف و ولتاژ سیگنال اطلاعات و سیگنال مدوله شده طیف چگالی ولتاژ را به کار می‌بریم.

در این حالت می‌بینیم که اگر سیگنال اطلاعات به شکل زیر (الف) باشد، چگالی طیف ولتاژ سیگنال مدوله شده، به صورت شکل (ب) خواهد بود.

مولفه سیگنال حامل روی منحنی چگالی طیفی به صورت یک تابع ضربه ظاهر می‌شود.

از مقایسه این شکل‌ها می‌بینیم که طیف کنار باند دقیقاً شبیه طبف سیگنال اطلاعات است، بجز اینکه به مقدار جابجا شده است و کنار باند پایئین دقیقاً تصویر آینه‌ای (قرینه) کنار باند نسبت به فرکانس حامل است.

الف:سیگنال مدوله شده ب: سیگنال اطلاعات شکل2: طیف‌های یک سیگنال اطلاعات و مدوله شده AM علاوه بر بررسی طیف سیگنال مدوله شده بررسی سیگنال مدولاسیون Sm(t) و خروجی مدوله شده که یک تابع زمانی را تولید می‌کند، اطلاعاتی را به ما می‌دهد.

این سیگنال‌ها در شکل زیر نشان داده شده است.

توجه شود که در اینجا،حدود 90% مدولاسیون پیک را داریم.

این حقیقت را همان‌گونه که پوش مدولاسیون (خط پر که سطح سایه‌دار نشان‌دهنده نوسان‌های تند حامل را محصور می‌کند) این حقیقت را نیز نشان می‌دهد که هرگز به صفر نمی‌رسد، بلکه در عوض حداقل به حدود A/10 در دو طرف محور صرف می‌رسد.

(در نقطه‌ای نزدیک منتهی‌الیه سمت راست قسمت نشان داده شده) شکل 3: در بسیاری از حالات Sm(t) ممکن است به صورت ترکیبی از تعداد محدودی از فرکانس‌های ـ سینوس‌ها متفاوت و نظیر آن باشد.

داریم: با بررسی این روابط می‌بینیم که: وقتی که ها، هارمونیک هم نیستند، داریم: حال قدرت میانگین قسمت‌های مختلف (مولفه‌های) سیگنال خروجی مدوله شده را محاسبه می‌کنیم.

برای این کار به رابطه و شکل بالا برمی‌گردیم.

چون همه مولفه‌ها سینوسی‌اند، به قدرت میانگین حامل است که Ro تراز امپدانس است که So(t) را روی آن می‌بینیم.

وقتی که So(t) یک تابع زمانی ولتاژ است، قدرت میانگین RF در باند کناری در مدولاسیون 100 برابر خواهد بود.

پس حامل چهاربرابر قدرت هر کنار باند یا دو برابر قدرت هردو کنار باند را دربر دارد.

اگر تراز مدولاسیون کاهش یابد، در نتیجه به جای مدولاسیون 100%، M% مدولاسیون خواهیم داشت.

قدرت حامل هنوز است، در حالی که قدرت کنار باندها فقط خواهد بود.

بنابراین در مدولاسیون 50% قدرت میانگین هرکنار باند به 16/1 قدرت حامل کاهش می‌یابد یا کل قدرت کنارباند فقط 8/1 قدرت حامل یا 9/1 کل قدرت میانگین ارسالی است.

در نتیجه در مدولاسیون در ترازهای پایین، بیشتر قدرت فرستنده در حامل نهفته است و فقط کسر جزئی از قدرت کل ارسالی در کنار باندها است که اطلاعات دارند و به گیرنده می‌رسد.

گاهی کل قدرت متوسط کنار باندها را «قدرت صحبت» فرستنده گویند.

بنابراین وقتی قدرت RF مورد نیاز برای ارسال ملاحظه می‌شود، سیگنال AM استاندارد بسیار ناسودمند است.

این شرایط وقتی مدولاسیون سیگنال‌های غیرسینوسی بررسی می‌شود، حتی بدتر می‌شود.

برای مثال، اگر Sm(t) از دو تون صوتی هم‌مقدار تشکیل شده باشد، دامنه هر کنار باند در مدولاسیون A/4%100 و کل قدرت کنار باندها با متناسب است یا فقط 20% (بجای 33%) کل قدرت ارسالی است.

مدولاسیون 50% دو توان معادل فقط 9/5% کل قدرت ارسالی را در کنار باندها دارد.

مدولاسیون صحبت حتی درصد بسیار کمتری از قدرت خروجی فرستنده را درکنار باند مفید بوجود می‌آورد.

بنابراین فرستنده AM برای بیشتر سیگنال‌های مدوله کننده بسیار نامفید است، زیرا مقدار زیادی از قدرت ورودی فرستنده به صورت قدرت حامل خروجی هدر می‌رود.

تراز قدرت یک فرستنده AM معمولاً با تراز قدرت حامل آن در حالتی که مدولاسیونی صورت نگرفته است، تعیین می‌شود.

این تراز می‌تواند بر حسب قدرت خروجی RF یا قدرت DC وارد شده به طبقه، تقویت‌کننده RF نهایی داده شود.

باید بدانیم کدام قدرت تعیین شده است، زیرا مورد اخیر (قدرت ورودی DC) معمولاً 25-50% از قدرت خروجی RF بزرگتر است که این راندمان به بازده طبقه تقویت‌کننده RF نهایی بستگی دارد.

یکی از دلایل شهرت AM علی‌رغم اینکه بازده خروجی آن ضعیف است، دمدولاسیون ساده سیگنال AM است.

مثلاً تنها لازم است سیگنال در قدرتی (شامل قدرت‌های جزئی) از خودش ضرب شود و این عمل به راحتی با اعمال سیگنال مدوله شده به یک وسیله غیرخطی مانند دیود صورت می‌گیرد.

با این کار تعدادی مولفه تولید می‌شود که فقط یکی از آنها سیگنال اطلاعات اولیه است.

مثلاً از ضرب So(t) در خودش با استفاده از رابطه زیر داریم: که چون So(t) یک تابعه سینوسی است، از مجذور آن،جمع یک مقدار ثابت و یک جمله با فرکانس دوبرابر آن بدست می‌آید، جمله ثابت مورد ماست، زیرا وقتی در عامل دوم آکولاد در رابطه بالا ضرب شود، سیگنالی بوجود می‌آورد که متناسب با Sm(t) یعنی خبر است.

بقیه جمله‌های تولید شده با فیلتر کردن حذف می‌شوند و خرجی آشکارساز دقیقاً متناسب با سیگنال اولیه خبر Sm(t) است، به علاوه مقدار اعوجاج به واسطه جمله آخر در آکولاد در رابطه بالا است.

چنانکه قبلاً ذکر شد، حامل AM اطلاعات بسیار کمی را از فرستنده به گیرنده منتقل می‌کند.

هم چون یک باند قرینه کنارباند دیگر است: اطلاعات یکی در دیگری نیز تکرار شده است.

در نتیجه با ارسال تنها یک کنارباند، بیشتری مقدار اطلاعات موجود در سیگنال مدوله‌کننده انتقال می‌یابد و این امر در بعضی سیستم‌های مخابراتی پیشرفته انجام می‌شود.

ولی این کار با پیچیدگی بیشتر در فرستنده و گیرنده همراه است، زیرا دیگر بسادگی نمی‌توان در گیرنده آشکارساز دیودی، سیگنال اطلاعات را سیگنال RF دریافتی بدست آورد.

در بعضی شرایط مقایسه میان دو حالت (ارسال سیگنال AM کامل یا فقط تک کنارباند SSB) و ارسال باند کناری با حامل بسیار کاهش یافته و در قدرت (مدولاسیون DSB-SC مفید است.

اکنون مدولاسیون‌های DSB-SC, SSB را با شرح مختصری بررسی می‌کنیم.

شکل 4: سگنال مدوله شده DSBSC برای Sm(t) می‌توانیم سیگنال DSBSC را صرفاًٌ با فیلترکردن و بیرون کشیدن قسمت حامل از سیگنال AM بدست آوریم.

اثر این کار آن است که تراز +A و تراز –A شکل 3 را یکجا بیاوریم تا سیگنالی شبیه شکل 4 بدست آید.

توجه شود که در شکل 3، پوش بالا و پایین درهم فرو رفته‌اند، بطوری که پوش سیگنال شکل 4، از محصورشدن سطح بوسیله Sm(t), -Sm(t) تشکیل می‌شود.

اگر شکل سیگنال خبر Sm(t) سینوسی کامل باشد، سیگنال DSBSC شبیکه شکل زیر خواهد شد.

باید توجه کرد که صفرهای شکل زیر به فاصله قرار دارند که و fm موج سینوسی مدوله‌کننده است.

شکل 5: الف: سیگنال مدوله شده DSBSC وقتی Sm(t) سینوسی است.

ب: شبیه شکل قبل، بجز اینکه حامل کمی کاهش یافته است.

درنتیجه دوره تناوب پوش در شکل بالا برابر 2fm است.

گاهی می‌خواهیم که فقط جرئی از حامل حذف شود، و یک مقدار کمی از حامل ارسال شود که گیرنده می‌تواند برای همزمان کردن نوسان‌ساز خود با فرستنده 0در همان فرکانس و فاز) بکار برد.

بدین ترتیب سیگنال حامل همزمان‌شده گیرنده برای آشکارسازی DSBSC بکار می‌رود.

با این کار پوش موج مدوله شده شبیه شکل 5 است.

در اینجا فرکانس پوش همان fm است و فاصله صفرهای متوالی برابر نیست.

برای تک کنارباند، حامل و یک کنار باند با هم حذف می‌شوند.

اگر باند پایین حذف شود، سیگنال SSB تولید شده به سادگی با جمع فرکانس حامل با مولفه‌های فرکانس خبر بوجود آمده است.

یعنی اینکه اگر سیگنال خبر کاملاً سینوسی باشد، SSB تولید شده نیز کاملاً سینوسی است.

این بدین معنی است که سیگنال SSB شبیه شکل 6 است.

شکل 6: سیگنال SSB وقتی Sm(t) سینوسی است.

اینک بعضی از روابط قدرت را در AM، SSB, DSBSC بررسی می‌کنیم.

ابتدا باشد چند نوع اندازه‌گیری متفاوت قدرت را تعریف کنیم.

قدرت میانگین: میانگین قدرت موج مدوله شده در یک فاصله زمانی طولانی (حداقل یک دوره سیگنال مدوله کننده متناوب) قدرت لحظه‌ای حداکثر: قدرت پیک حداکثر موج RF پیک قدرت پوش: قدرت میانگین حداکثر کوتاه مدت که میانگین فقط در یک یا چند سیکل RF گرفته می‌شود و همواره نصف قدرت لحظه‌ای حداکثر است.

این سه قدرت را به ترتیب با PEP, Pmax, Pav نشان می‌دهیم.

به عنوان مثال یک سیگنال AM، 100% با Sm(t) سینوسی فرض کنید.

قدرت میانگین عبارت است از جمع قدرت میانگین حامل و قدرت‌های میانگین باندهای کناری یا: حداکثر ولتاژ سیگنال AM در مدولاسیون 100% برابر 2A است.

پس: و البته PEP نصف قدرت Pmax است.

بنابراین در سیگنال AM، 100% قدرت ماکزیمم 3/16 برابر قدرت میانگین است.

قدرت میانگین خروجی مدوله شده عامل مهمی استف زیرا تقریباً شرایط قدرت ورودی طبقه نهایی فرستنده را تعیین می‌کند، حداکثر قدرت لحظه‌ای از این جهت مهم است که تا حدود زیادی پیک ولتاژ اعمال شده به قطعات RF در طبقه آخر فرستنده و خط تغذیه را تعیین می‌کند.

توجه شود که وقتی از AM به DSBSC می‌رویم، فاصله‌های باریک درون‌پوش اصلی نصف می‌شوند، زیرا تصویر آینه‌ای Sm(t) در زیر محور صفر (یعنی –Sm(t) در DSBSC در هر دو قسمت بالا و پایین محور صفر ظاهر می‌شود.

در سیگنال SSB، پوش اصلی به وسیله فرکانس اصلی کنار باند بالا تولید می‌شود.

جدول‌های زیر ماتریس‌هایی است که نشان می‌دهند قدرت‌های مختلف SSB, DSB, AM یک موج سینوسی و دو تون سینوسی برای مدولاسیون 100% چگونه به هم مربوط‌اند.

شکل 7: مدولاسیون دو تون با مقادیر مساوی توجه شود که وقتی از AM به DSBSC یا SSB می‌رویم، مقدار زیادی در قدرت میانگین کل که باید ارسال شود، صرفه‌جویی می‌شود.

(که کل قدرت کنار باندها در همه حالات برابرند.) و وقتی از DSBSC به SSB می‌رویم، قدرت Pmax و PEP، 50% کاهش می‌یابد، که بدین معنی است که شانس قطع ولتاژ RF در طبقه تقویت نهایی یا خط انتقال یا آنت کم‌تر است.

Pav سیگنال AM به عنوان مبنا به کار می‌رود.

چنان که قبلاً ذکر شد، قدرت کنار باند کلی سیگنال AM چیزی است که در انتقال اطلاعات سیگنال خبر مهم است.

چون برای یک سیگنال ترکیبی خبر مانند آنچه در رابطه‌های قبل داده شده است، کل قدرت کنار باند برابر با جمع قدرت‌های کنار باندهای مولفه‌ها است.

راحت‌تر است که اندیس موثر مدولاسیون AM تعریف شود.

که قدرت کنار باند کلی و قدرت میانگین حامل را به صورت زیر به هم مربوط می‌کند.

پس قدرت میانگین خروجی یک فرستنده AM برابر است با: می‌بینیم که وقتی از نسبت S/N سیگنال مدوله‌شده AM بحث می‌شود، (mAM)e بسیار مفید است.

وقتی Pmax و PEP محاسبه می‌شود، اندیس مدولاسیون پیک را به کار می‌بریم.

از رابطه اول و با قراردادن دامنه حامل، A می‌توانیم دانه پیک موجAM را برابر به دست می‌آوریم و برای DSBSC با همان مقدار قدرت کنار باند برابر می‌شود.

مجذور هر کدام از اینها را اگر بر Ro تقسیم کنیم، Pmax را (برای AM یا DSBSC ) بدست می‌دهد.

PEP همیشه نصف Pmax است و PEP برای حالت SSB همیشه نصف DSBSC, PEP, Pmax است.

مدولاسیون زاویه‌ای (PM), (FM) مدولاسیون زاویه‌ای از تغییر دادن فاز موج حامل (به جای دامنه آن) بوجود می‌آید.

این هم باز نوعی ضرب سیگنال است که می‌توان از رابطه زیر دید: که در قسمت دوم رابطه برای سادگی Vcm=1 قرار داده شده است.

دو دسته اساسی مدولاسیون زاویه‌ای PM, FM هستند که به ترتیب (با Vcm=1.0) به صورت زیر تعریف می‌شوند: برای FM: و برای PM: به عنوان مثال و برای بیان شباهت این دو نوع مدولاسیون، فرض کنید سیگنال مدوله‌کننده یک نوای باشد.

پس روابط بالا چنین سمی‌شوند: در نتیجه می‌بینیم که برای یک توان شکل موج‌های FM, PM تقریباً یکی هستند، بجز اینکه در مقدار ثابت و اختلاف فاز ْ90 در ارگومان کسینوس که با هم اختلاف دارند، لذا می‌توان به خوبی طرز نمایش ثابتی را بکار برد.

با مدولاسیون فاز شروع می‌کنیم: که بر حسب رادیان پیک انحراف فاز است.

درصد انحراف فاز را به صورت زیر تعریف می‌کنیم: مقدار تعریف شده در کروشه رابطه قبل را و فاز کلی سیگنال مدوله شده فازی RF می‌نامیم که: و سپس را انحراف فاز لحظه‌ای سیگنال مدوله شده RF تعریف می‌کنیم.

درنتیجه فرکانس زاویه‌ای لحظه‌ای به صورت تعریف می‌شود.

به همین ترتیب انحراف فرکانس لحظه‌ای برابر است با .

اکنون همه علائم فوق را براب FM (مدولاسیون فرکانس) بکار می‌بریم که در آن یک انحراف فرکانس بر حسب HZ است که وقتی Sm(t) در پیک با حداکثر مقدار خود است، نیز نظیر انحراف فاز، درصدی از انحراف فرکانس مجاز است و نام آن درصدو مدولاسیون فرکانس است.

در اینجا بجاست که گفته شود در مدولاسیون AM، درصد مدولاسیون یک تغییر عینی معین دارد، در حالی که در مدولاسیون FM, PM درصد مدولاسیون صرفاً باه حداکثر انحراف فاز یا فرکانس قانونی اشاره می‌کنند: برای هر فرکانس مدوله‌کننده fm,k، اندیس مدولاسیون خاص آن را به صورت تعریف می‌کنیم.

در حالی که برای سیستم فرستنده به صورت کلی اندیس مدولاسیون FM را به صورت تعریف می‌کنیم که Baudio حداکثر فرکانس مدوله‌کننده سیستم است.

مدولاسیون پالسی در سیستمهای مدولاسیون پالسی (حامل) یک قطار پالس است که میتوان دامنه، فرکانس تکرار یا فاصله بین پالس‌هایش را درست به صورت موج های AM-PM-FM متناسب با سیگنال مدوله کننده تغییر داد.

قضیه نمونه برداری نشان می دهد که ارسال پیوسته یک پیام لازم نیست.

پیام را می توان بطور کامل از روی نمونه هایی از آن که حداقل با آهنگی معادل دو برابر بزرگترین فرکانس موجود در سیگنال نمونه برداری شده باشد، بازسازی کرد.

پس برای مدوله کردن سیگنالی که پهنای باند آن 4KHZ است، پالس با فرکانس تکرار 8KHZ کافی است و پهنای پالس ها میتواند تا حد دلخواه کوچک باشد.

در مدولاسیون کدهای پالس هر نمونه به صورت یک مجموعه هفت‌تایی پالس که معادل کد باینری دامنه نمونه است، نشان داده می شود.

مصونیت در مقابل نویز این سیستم از سیستم های دیگر بیشتر است.

این مزیت به آهنگ تکرار پالس و پهنای باند بزرگتر به دست آمده است.

مقایسه سیستم های مدولاسیون هر سیستم مدولاسیون معایب و مزایای خاص خود را دارد.

در مدولاسیون دامنه آشکارساز بسیار ساده است و پهنای باند لازم حداقل مقدار ممکن را دارد، ولی مصونیت در مقابل نویز آن از بقیه سیستمها کمتر است و برای انتقال یک کنار باند، هم فرستنده و هم گیرنده بسیار پیچیده‌ای لازم است.

در مدولاسیون پهنای باند بیشتر و مدار فرستنده ساده تر است و مصونیت در مقابل نویز از مدولاسیون دامنه بسیار بهتر است، اما پهنای باند لازم برای ارسال FM تقریباً پنج برابر پهنای باند لازم برای AM است.

مصونیت در مقابل نویز مدولاسیون کدهای پالسی (PCM) از FM هم بهتر است، ولی پهنای باند بیشتر و مدارهای پیچیده تری می خواهد.

انتخاب یک روش خاص به انتظاری که از سیستم مخابراتی داریم، بستگی دارد.

مدولاسیون دامنه مدولاسیون دامنه (AM) به شکل خاموش و روشن کرد ن یک فرستنده تلگراف رادیویی قدیمی‌ترین نوع مدولاسیون است.

امروزه مدولاسیون دامنه ای برای مخابره آنالوگ صوت درمواقعی که گیرنده‌های ساده لازم است (مانند پخش رادیویی و یا در مواردی که مخابره به وسیله ی انتشار یونوسفری صورت میگیرد و پهنای باند باریکی لازم است، (مخابره در هواپیماهای بین قاره ای) بسیار به کار برده می‌شود.

چند نوع AM مرتبط باهم وجود دارد.

تفاوت آنها در روش تولید و طیف آنهاست.

ساده ترین نوعی که AM سرراست نامیده می شود را میتوان با سری کردن سیگنال مدوله کننده با منبع تغذیه یک تقویت کننده RF کلاس C تولید کرد.

هنگامی که سیگنال مدوله کننده مثبت است، ولتاژ کلکتور تقویت کننده بزرگتر است و سیگنال خروجی به همین نسبت بزرگتر می شود.

هنگامی که سیگنال مدوله کننده منفی است، ولتاژ کلکتور و ولتاژ خروجی تقویت کننده کوچکتر از مقدار مدوله نشده شان هستند.

اگر ولتاژ خروجی تقویت کننده F(t) به طور خطی با مقدار لحظه ای ولتاژ کلکتور متناسب باشد، رابطه F(t) و سیگنال مدوله کننده Vm(t) به این صورت خواهد بود.

F(t)=K[Vcc+Vm(t)]cos Wct که در آن Vcc، ولتاژ منبع تغذیه وk یک ثابت تناسب است.

واضح است که قلعه منفی Vm(t) نباید آنقدر بزرگ باشد که ولتاژ کلکتور به حدی برسد که ترانزیستور خاموش شود.

این حالت مدولاسیون اضافی نام دارد و اعوجاج ایجاد می کند.

برای بررسی تفضیلی AM، سیگنال مدوله کننده سینوسی زیر را در نظر می گیریم: Vm(t) = Vm cos Wm(t) پس: F(t) = K[Vcc + Vm cos Wmt] cos Wct و با جایگزینی Vc=KVcc F(t)=Vc(1+Vm/Vcc cos Wmt) cos Wct F(t) = Vc (1+ma cos Wmt) cos Wct که درآن Vc دامنه آن ولتاژ حاصل مدوله نشده است و ma ضریب مدولاسیون نامیده می شود.

پوشش موج مدوله شده عبارت است از: A(t) = Vc (1+ma cos Wmt) توجه کنید که انحراف --- از مقدار مدوله نشده دامنه با سیگنال مدوله کننده متناسب است.

هنگامی که ma برحسب درصد بیان می شود آن را درصد مدولاسیون می خوانند.

Ma نباید از یک یا صددرصد بیشتر شود، وگرنه اعوجاج پیش می آید.

مدولاسیون زاویه شکل موج مدوله شده با یک تابع دامنه A(t) یک فرکانس حامل A(t) به صورت نشان داده شده تغییر می کند و ثابت می ماند.

در مدولاسیون زاویه A(t) ثابت است و سیگنال مدوله کننده را کنترل می کند.

مدولاسیون زاویه میتواند مدولاسیون فرکانس یا مدولاسیون فاز باشد.

نوع مدولاسیون به چگونگی رابطه و سیگنال مدوله کننده بستگی دارد.