Cw модуляция: Виды модуляции в любительской радиосвязи

Содержание

Как данные передаются по радио? / Хабр

Привет, Хабр.

В одном из комментариев к предыдущим статьям был задан вопрос, можно ли по виду сигнала определить вид его модуляции. Идея рассмотреть основные виды модуляции показалась довольно-таки интересной.

Попробуем разобраться, без формул и максимально просто, как можно передать данные из точки «А» в точку «В».

OOK (On-Off Keying)


Самый простой вид цифрового кодирования. Просто включаем-выключаем передатчик в соответствии с двоичным сигналом:

На спектре такой сигнал выглядит примерно так, их довольно много на частоте ~433 МГц:

Схема передатчика очень проста, поэтому активно используется в беспроводных пультах, радиокнопках и прочих устройствах ценой 1-2$. Никакого шифрования здесь обычно нет, частота и битовая последовательность жестко «зашиты», передать и принять сигнал может любой желающий, так что ставить такой пульт на дверь гаража, где стоит Lamborgini, я бы не стал, но для ночника у кровати вполне сойдет (такая лампа, купленная в ближайшем MediaMarkt, работает у меня 3 года, ложных срабатываний не было ни разу, принцип «неуловимого Джо» в действии).

Интересно отметить, что исторически это наверное один из самых первых способов радиопередачи. Если включать-выключать передатчик с помощью ключа и принимать сигнал на слух или на бумажную ленту, мы получим старую добрую азбуку Морзе.

Амплитудная модуляция (АМ)


АМ мы наверное сможем видеть еще долго — модуляция используется как в вещательных станциях, так и в передатчиках авиадиапазона 118-137 МГц. Отличительная особенность АМ — спектр симметричен относительно центральной частоты. «На глаз» даже можно примерно понять, что передается, речь или музыка. Скриншот из онлайн приемника Websdr Twente:

Исторически АМ был одним из первых способов приема и передачи речи — всем известная «школьная» схема детекторного приемника отличалась крайней простотой, и даже не требовала батареек для приема — для работы высокоомных наушников было достаточно энергии радиоволн. Любопытно, что такие приемники выпускались в СССР серийно аж до 60х годов:

Детекторный приемник «Комсомолец» (с) Википедия

Видимо, с доступностью как приемников, так и источников питания в глубинке были определенные проблемы, так что детекторный приемник долго оставался актуален.

Однополосная модуляция (USB, LSB, SSB)


Однополосная модуляция является частным случаем амплитудной. Как было сказано выше, спектр АМ сигнала симметричен относительно центра. Но можно передавать лишь «одну половину» сигнала, что обеспечивает б
о
льшую дальность при той же мощности передатчика:


Однополосная модуляция (с) Википедия

Как видно из картинки, можно настроиться на верхнюю или нижнюю боковую полосу, такой режим в приемнике или передатчике соответственно обозначается USB или LSB.

В режиме однополосной модуляции работают служебные станции, передаются метеосводки на коротких волнах, также он используется радиолюбителями. Но не менее важен он еще и тем, что в режиме USB или LSB спектр сигнала фактически переносится с радиочастоты на звуковую без искажений — что позволяет принимать различные виды цифровых сигналов, рассмотренных ниже. Это важно иметь в виду при выборе радиоприемника — цифровые виды связи (FSK, PSK и пр) могут приниматься и декодироваться лишь в режиме однополосной модуляции, простой бытовой приемник с поддержкой «обычной» AM принять такие сигналы не сможет.

Частотная модуляция (FM)


В частотной модуляции работает всем известное FM-вещание. Интересно отметить, что в передатчике FM-станции кодируется не только звук — передается сложный сигнал, включающий моно и стерео каналы, пилот-тон, RDS и пр. Чтобы не путать с «обычной» FM, у инженеров такая модуляция обычно называется WFM (Wide FM). В программе HDSDR несложно увидеть спектр радиостанции после декодирования:

На сигнале (справа снизу) несложно видеть пилот-тон на частоте 19 КГц, RDS, моно и стерео-каналы FM-вещания. В отличие от WFM, радионяни, рации и прочие аналогичные устройства используют «узкую» FM (NFM, Narrow FM) модуляцию, где передается только звук.

Частотная модуляция активно используется и для цифровых сигналов, в этом случае для передачи бинарного кода может использоваться переключение двух частот. В качестве примера можно привести сигнал немецкой станции Pinneberg, наличие двух частот хорошо видно на спектре:

Pinneberg передает метеосводки судам на длинных, средних и коротких волнах. Частот в принципе, может быть и больше 2х. Пример такого сигнала — радиолюбительский FT8:

С помощью FT8 радиолюбители могут обмениваться короткими сообщениями на расстоянии в несколько тысяч километров при мощности всего лишь несколько ватт.

Интересно, что модуляция может быть и комбинированной — например в авиации используется система ACARS, передающая текстовые сообщения. Цифровой FM сигнал передается через АМ передатчик. Зачем так сложно? Вероятно, используется уже готовый передатчик, ко входу которого просто подключили цифровую схему, формирующую FM-сигнал. Legacy в чистом виде, но вероятно, это дешевле, чем менять миллионы передатчиков в аэропортах и самолетах во всем мире.

Фазовая модуляция (PSK)


Кроме частоты, мы можем менять и фазу сигнала, что дает нам фазовую модуляцию. Такие сигналы могут уверенно приниматься на больших расстояниях, и используются в частности, в спутниковой связи. Из радиолюбительских протоколов можно отметить PSK31, который одно время был весьма популярен.

С помощью PSK31 можно обмениваться информацией в виде «текстового чата», подключив трансивер к компьютеру. Фаз может быть больше 2х, например 4, 18 или 16, все зависит от скорости и канала связи.

Можно менять и фазу и амплитуду одновременно, что дает нам еще большую скорость, но требует более сложного кодирования и декодирования. В качестве примера такого сигнала можно привести QAM. Такой сигнал наглядно проще всего изобразить на фазовой плоскости:

Image (с) QAM Wikipedia

Модуляция QAM используется при передаче данных в стандарте LTE и в цифровом телевидении DVB-T.

Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM)


Одним из современных методов модуляции является OFDM. Его суть состоит в том, что отдельные биты сигнала можно передавать параллельно, представляя сигнал в виде независимо работающих частотных каналов (subcarriers), каждый из которых передает свой отдельный бит. Есть определенные математические правила, гарантирующие что каналы не будут пересекаться и могут быть декодированы.

В качестве примера можно привести DRM, сигналы такого формата можно увидеть на вещательных диапазонах, разница между АМ и DRM хорошо видна на спектре:

Это цифровой сигнал шириной 10 КГц, в котором параллельно передается 206 несущих с интервалом 47 Гц. Стандарт DRM (Digital Radio Mondiale) используется для передачи цифрового радио на средних и коротких волнах, просьба не путать с другим стандартом Digital Rights Management.

OFDM используется и в WiFi (802.11a), структура сигнала там сложнее, желающие могут изучить PDF самостоятельно.

Code-division multiple access (CDMA)


Другой способ широкополосной передачи — разделение данных. Данные для нескольких получателей могут быть комбинированы в один сигнал с помощью специальной функции (например Walsh code), которая гарантирует как прямое, так и обратное преобразование. Одним из ключевых факторов и в OFDM и в CDMA является так называемая «ортогональность», получаемые сигналы не должны «смешиваться», чтобы из результирующего сигнала можно было извлечь исходные данные.

Кодирование CDMA используется в мобильных сетях 3G. Хороший пример разбора CDMA с помощью ручки и бумаги можно найти здесь, интересующимся рекомендую посмотреть.

Заключение


Все что приведено выше, это разумеется, очень краткое объяснение «на пальцах», в реальности, описание только одного декодера может занять в несколько раз больше текста чем вся статья целиком, да и вряд ли многим здесь это нужно — Хабр это все же не научный журнал. Впрочем, общее впечатление у читателей надеюсь все же осталось. При наличии интереса у аудитории (что будет определяться по оценкам текста:) какой-либо из сигналов можно будет разобрать более подробно.

В завершение интересно отметить, что различные схемы кодирования — это не просто какая-то математическая абстракция — все это активно используется, в том числе и в военных целях (например протокол STANAG модемов NATO). Этот скриншот сделан во время написания текста с помощью онлайн-приемника Websdr:

Как можно видеть, несмотря на наличие интернета практически в любой обитаемой точке планеты, возможность передать данные напрямую, анонимно и без посредников, весьма актуальна — каждая линия на графике это работающий прямо сейчас канал связи (и да, внимательные читатели могут заметить здесь даже сигналы азбуки морзе, несмотря на 2020 год).

Теория радиоволн: аналоговая модуляция / Хабр

Продолжаем серию общеобразовательных статей, под общим названием «Теория радиоволн».
В предыдущих статьях мы познакомились с радиоволнами и антеннами:


Давайте ближе познакомимся с модуляцией радиосигнала.

В рамках этой статьи, будет рассмотрена аналоговая модуляция следующих видов:
  • Амплитудная модуляция
  • Амплитудная модуляция c одной боковой полосой
  • Частотная модуляция
  • Линейно-частотная модуляция
  • Фазовая модуляция
  • Дифференциально-фазовая модуляция
Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции, огибающая амплитуд несущего колебания изменяется по закону, совпадающему с законом передаваемого сообщения. Частота и фаза несущего колебания при этом не меняется.

Одним из основных параметров АМ, является коэфициент модуляции(M).
Коэффициент модуляции — это отношение разности между максимальным и минимальным значениями амплитуд модулированного сигнала к сумме этих значений(%).
Проще говоря, этот коэффициент показывает, насколько сильно значение амплитуда несущего колебания в данный момент отклоняется от среднего значения.
При коэффициенте модуляции больше 1, возникает эффект перемодуляции, в результате чего происходит искажение сигнала.

Спектр АМ

Данный спектр свойственен для модулирующего колебания постоянной частоты.

На графике, по оси Х представлена частота, по оси У — амплитуда.
Для АМ, кроме амплитуды основной частоты, находящейся в центре, представлены также значения амплитуд справа и слева от частоты несущей. Это так называемые левая и правая боковые полосы. Они отнесены от частоты несущей на расстояние равное частоте модуляции.

Расстояние от левой до правой боковой полосы называют ширина спектра.
В нормальном случае, при коэффициенте модуляции <=1, амплитуды боковых полос меньше или равны половине амплитуды несущей.
Полезная информация заключена только в верхней или нижней боковых полосах спектра. Основная спектральная составляющая — несущая, не несет полезной информации. Мощность передатчика при амплитудной модуляции в большей части расходуется на «обогрев воздуха», за счет не информативности самого основного элемента спектра.

Амплитудная модуляция с одной боковой полосой

В связи с неэффективностью классической амплитудной модуляции, была придумана амплитудная модуляция с одной боковой полосой.
Суть ее заключается в удалении из спектра несущей и одной из боковых полос, при этом вся необходимая информация передается по оставшейся боковой полосе.

Но в чистом виде в бытовом радиовещании этот вид не прижился, т.к. в приемнике нужно синтезировать несущую с очень высокой точностью. Используется в аппаратуре уплотнения и любительском радио.
В радиовещании чаще используют АМ с одной боковой полосой и частично подавленной несущей:

При такой модуляции соотношение качество/эффективность наилучшим образом достигается.

Частотная модуляция

Вид аналоговой модуляции, при которой, частота несущей изменяется по закону модулирующего низкочастотного сигнала. Амплитуда при этом остается постоянной.

а) — несущая частота, б) модулирующий сигнал, в) результат модуляции

Наибольшее отклонение частоты от среднего значения, называется девиацией.
В идеальном варианте, девиация должна быть прямо пропорционально амплитуде модулирующего колебания.

Спектр при частотной модуляции выглядит следующим образом:

Состоит из несущей и симметрично отстающей от нее вправо и влево гармоник боковых полос, на частоту кратную частоте модулирующего колебания.
Данный спектр представляет гармоническое колебание. В случае реальной модуляции, спектр имеет более сложные очертания.
Различают широкополосную и узкополосную ЧМ модуляцию.
В широкополосной — спектр частот, значительно превосходит частоту модулирующего сигнала. Применяется в ЧМ радиовещании.
В радиостанциях применяют в основном узкополосную ЧМ модуляцию, требующую более точной настройки приемника и соответственно более защищенную от помех.
Спектры широкополосной и узкополосной ЧМ представлены ниже

Спектр узкополосной ЧМ напоминает амплитудную модуляцию, но если учесть фазу боковых полос, то окажется, что эти волны имеют постоянную амплитуду и переменную частоту, а не постоянную частоту и переменную амплитуду (AM). При широкополосной ЧМ амплитуда несущей может быть очень малой, что обусловливает высокую эффективность ЧМ; это значит, что большая часть передаваемой энергии содержится в боковых частотах, несущих информацию.

Основные преимущества ЧМ, перед АМ — энергоэффективность и помехоустойчивость.

Как разновидность ЧМ, выделяют Линейно-частотную модуляцию.
Суть ее заключается в том, что частота несущего сигнала изменяется по линейному закону.

Практическая значимость линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов заключается в возможности существенного сжатия сигнала при приеме с увеличением его амплитуды над уровнем помех.
ЛЧМ находят применение в радиолокации.

Фазовая модуляция

В реальности, больше применяют термин фазовая манипуляция, т.к. в основном производят модуляцию дискретных сигналов.
Смысл ФМ таков, что фаза несущей, изменяется скачкообразно, при приходе очередного дискретного сигнала, отличного от предыдущего.

Из спектра можно видеть, почти полное отсутствие несущей, что указывают на высокую энергоэффективность.
Недостаток данной модуляции в том, что ошибка в одном символе, может привести к некорректному приему всех последующих.

Дифференциально-фазовая манипуляция

В случае этой модуляции, фаза меняется не при каждом изменении значения модулирующего импульса, а при изменении разности. В данном примере при приходе каждой «1».

Преимущество этого вида модуляции в том, что в случае возникновения случайной ошибки в одном символе, это не влечет дальнейшую цепочку ошибок.

Стоит отметить, что существуют также фазовые манипуляции такие как квадратурная, где используется изменение фазы в пределах 90 градусов и ФМ более высоких порядков, но их рассмотрение выходит за рамки данной статьи.

PS: хочу еще раз отметить, что цель статей не заменить учебник, а рассказать «на пальцах» об основах радио.
Рассмотрены лишь основные виды модуляций для создания у читателя представления о теме.

Цифровые виды связи у радиолюбителей / Хабр

С развитием компьютерных технологий все области нашей жизни претерпели изменения, любительская радиосвязь не исключение.
Раньше, для того, чтобы проводить QSO «цифрой» надо было конструировать различного вида мониторы SSTV и т.д.
Сейчас для цифровых видов связей нужен только трансивер и компьютер с звуковой картой, подробнее об этом под катом.

Дисклеймер

Работать (излучать) на радиолюбительских диапазонах имеют право только зарегистрированные радиолюбители!
Принимать сигналы(быть наблюдателем) можно и без регистрации, но если вам интересны рапорты о наблюдениях(QSL карточки) то надо получить позывной наблюдателя).
Для «цифры» необходимо
Трансивер

Нам подойдет любой трансивер (даже УКВ, только надо учитывать дальность связи на этом диапозоне) с SSB модуляцией, если в нем есть VOX (активация передачи голосом) то наша задача немного упрощается, но все по порядку.
Компьютер

Подойдет любой компьютер с звуковой картой (нам нужен выход на колонки + линейный или микрофонный вход).
ОС подойдет любая.
Связь с трансивером

Если в трансивере есть VOX, нам хватит два звуковых кабеля, один соединяет НЧ выход трансивера с линейным входом компьютера, другой НЧ выход компьютера с микрофонным входом трансивера.
Чтобы ВЧ сигналы не влияли на работу компьютера, лучше гальванически развязать звуковые соединения трансформаторами (подойдут из dialup модемов).
Если в трансивере VOX’а нет, к выше написанному надо добавить простую схему с COM порта:

Для справки: PTT Push to Talk, проще говоря кнопка передачи на тангенте или «педаль» трансивера.
Если вы хотите автоматически передавать морзянку, можете сделать и выход CW (подключается к входу ключа трансивера).

Софт

Windows

Под венду есть очень много программ, я расскажу об одной из них:
Я использую UR5EQF_log, она бесплатна, поддерживает много видов связи и у неё хороший аппаратный журнал, который подходит и для записи обычных связей.
Официальный скрин:

Из платных программ хороша MIXW (20USD, для детских коллективок бесплатна)

Linux

Под линукс программы немного уступают, но использовать их можно.
Есть даже специально заточеный дистр для радиогубителей — Shackbox.
Виды цифровой связи

Видов работы цифрой over 9000 довольно много, я приведу два основных:
RTTY

Является первым из цифровых видов связи, используемых радиолюбителями, и представляет собой буквопечатающий радиотелеграф (радиотелетайп).
На водопаде выглядит так:
PSK-31

Phase Shift Keying
Главный плюс, сигнал, излучаемый передатчиком, занимает в эфире полосу всего 31 Гц! Это позволяет использовать на приемной стороне узкополосные фильтры. Соответственно, намного лучше улучшается соотношение сигнал/шум — извечная проблема на радиотрассах.
PSK ещё делится на разные скорости передачи текста (PSK-31, PSK-63, PSK-125) но основным является BPSK-31
Скрин с «водопада» (отображены три сигнала):

Где работают цифрой:

Услышать и сработать на цифровых видах связи можно:
RTTY — На диапозоне 20м (14мгц) в участке между 14070 и 14100 кгц («вызывная» частота 14080 кгц. Часто телетайп слышно, в зависимости от условий прохождения, на диапозонах от 40 до 10 м.
BPSK-31 — Большинство PSK станций работают в районе частоты 14070 кгц (а также 7040, 21070, 28080 и 28020 кгц)
Дипломы

Заканчивать мой рассказ я буду профитом всего этого дела (кроме морального удовлетворения), это дипломы за цифровые виды связи.
Большинство дипломов можно получить через систему EPC.
Европейский PSK Клуб или EPC — неформальный клуб операторов любительского радио, организован 10 июня 2006 года с целью поддержания высокого уровня любительских радиосвязей в цифровых видах PSK.
Проводя связи они записываются в ваш аппаратный журнал, отправив который EPC проверит вас на прохождение условий многих и многих дипломов разных стран. Единственный минус (а может и плюс) дипломы вы получите в электронном виде. Дальше вы можете пойти в «фотоцентр»(или как его сейчас называют) и распечатать себе красивый диплом.

Вот некоторые из них:

P.S. Для написания статьи использовалось:
— Основы любительской радиосвязи А.Н. Заморока (RA0CL. ex UA0CJQ)
— ur5eqf.com
— www.mixw.net

Радиолюбительский CW-код

СОКРАЩЕН.

П О — А Н Г Л И Й С К И

П О — Р У С С К И

AA

All after

Всё после…

AB

All before

Всё до…

ABT

About

Около, приблизительно

ABV

I repeat in abbreviated form

Повторяю в виде аббревиатуры

AC

Alternating current

Переменный ток

ADDR

Address

Адрес

ADR

Address

Адрес

ADS

Address

Адрес

AER

Aerial

Антенна

AFTER

Аfter

После

AGN

Again

Опять, снова

ALSO

Also

Так же

AM

Amplitude modulation

Амплитудная модуляция

AM

Ante meridiem

После полуночи

AMMTR

Ammeter

Амперметер

AMP

Ampere

Ампер

AMT

Australian meantime

Австралийское время

ANS

Answer

Ответ

ANT

Antenna

Антенна

AR

End of transmission

Конец передачи

ARE

Are

Есть (мн.ч.)

AS

Wait

Ждите

AST

Atlantic standard time

Атлантическое стандартное время

ATEND

At end

К концу

AT FIRST

At first

Сперва

AT LAST

At last

Наконец

AT TIMES

At times

Временами

AUD

Audibility

Слышимость

AVC

Automatic volume control

Автоматическая регулировка усиления

B4

Before

Перед

BAD

Bad

Плохо, плохой

BAND

Band

Диапазон

BCI

Broadcast interferences

Помехи приёму радиовещания

BCNU

Be seeing you

Буду рад встретить снова

BD

Bad

Плохо, плохой

BEAM

Beam

Направленная (антенна)

BEST

Best

Наилучший

BFO

Beat frequency oscillator

Телеграфный гетеродин

BFR

Before

Перед

BK

Break

Работа полудуплексом

BN

All between

Всё между…

BOX

Box

Ящик (почтовый)

BT

Pause

Знак раздела

BTR

Better

Лучше

BUG

Bug

Виброплекс

BUK

Book

Книга, список позывных

BUT

But

Но

BY

By

Посредством, при помощи

C

Chirp signal

«Чирикающий» сигнал

C

Yes

Да

CALL

Call

Вызов, позывной

CAN

Can

Могу

CANT

Can not

Не могу

CARD

Card

Карточка-квитанция

CB

Citizens band

Гражданский диапазон 27МГц

CC

Crystal control

Стабилизация кварцем

CFM

Confirm

Подтверждаю, подтверждение

CHEERIO

Cheerio

Желаю успеха

CITY

City

Город

CK

Check

Проверить

CKT

Circuit

Схема

CL

Closing station

Выключаю станцию

CLD

Called

Вызывал

CLEAR

Clear

Ясно

CLG

Calling

Вызывает, вызываю

CLOUDY

Cloudy

Облачно

CO

Crystal oscillator

Кварцевый генератор

COLD

Cold

Холодно

CONDX

Conditions

Условия (слышимость)

CONGRATS

Congratulations

Поздравления

COPI

Copy

Записывать (принимать)

CP

Counterpose

Противовес

CP

General call to multiple stations

Общий вызов нескольким станциям

CPY

Copy

Записывать (принимать)

CQ

General call to all stations

Всем, всем ! (общий вызов)

CRD

Card

Карточка-квитанция

CS

Callsign

Позывной

CST

Central standard time

Центральное стандартн. время

CU

See you

Встретимся (в эфире)

CUAGN

See you again

Встретимся снова

CUL

See you later

Встретимся позже

CW

Continuous wave

Незатухающие колебания (телеграф)

DC

Direct current

Постоянный ток

DE

From

От, из

DIRECT

Direct

Непосредственно, прямо

DLVD

Delivered

Передано

DN

Down

Вниз, ниже

DOPE

Dope

Сообщение (приятное)

DR

Dear

Дорогой

DSB

Double side band

Двухполосная модуляция

DWN

Down

Вниз, ниже

DX

Distance

Дальняя связь, дальнее расстояние

EAST

East

Восток

ECO

Electron coupled oscillator

Генератор с электронной связью

EL BUG

Electronic bug

Электронный полуавтомат. ключ

END

End

Конец

ER

Here

Здесь

ERE

Here

Здесь

ES

And

И

EST

EastStandard Time

Восточное стандартное время

ETA

Estimated time of arrival

Ожидаемое время прибытия

EVY

Every

Каждый

EX

Ex

Бывший (о позывном)

FAIR

Fair

Превосходно, прекрасно (о погоде)

FB

Fine business

Превосходно, прекрасно

FD

Frequency doubler

Удвоитель частоты

FER

For

За, для, при

FINE

Fine

Хороший, прекрасный

FIRST

First

Первый

FM

From

Из, от

FM

Frequency modulation

Частотная модуляция

FONE

Telephone

Телефон

FOR

For

За, для, при

FR

For

За, для, при

FREQ

Frequency

Частота

FRM

From

Из, от

FROM

From

От, из

FROST

Frost

Мороз

GA

Go ahead

Давайте, начинайте

GA

Good afternoon

Добрый день (во вторую половину дня)

GB

Good bye

До свидания

GD

Good day

Добрый день

GE

Good evening

Добрый вечер

GEN

Generator

Генератор

GET

Get

Получать

GLD

Glad

Рад, доволен

GM

Good morning

Доброе утро

GMT

Greenwich meantime

Время по Гринвичу

GN

Good night

Доброй ночи

GND

Ground

Заземление

GOT

Got

Получил

GUD

Good

Хороший, хорошо

GUHOR

I don’t hear you

Я Вас не слышу

HAM

Short wave radio amateur

Любитель-коротковолновик

HD

Had

Имел

HEAR

Hear

Слышать, слышу

HF

High frequency

Однополосная модуляция — Single-sideband modulation

Тип модуляции

Иллюстрация спектра сигналов AM и SSB. Спектр нижней боковой полосы (LSB) инвертирован по сравнению с основной полосой. Например, основной звуковой сигнал частотой 2 кГц, модулированный на несущую 5 МГц, будет давать частоту 5,002 МГц, если используется верхняя боковая полоса (USB), или 4,998 МГц, если используется LSB.

В радио связи, однополосная модуляция ( ОБП ) или однополосная подавленные несущая модуляция ( SSB-SC ) представляет собой тип модуляции , используемую для передачи информации, таких как аудио сигнала , с помощью радиоволн . Уточнение амплитудной модуляции , оно более эффективно использует мощность передатчика и полосу пропускания . Амплитудная модуляция создает выходной сигнал, ширина полосы которого в два раза превышает максимальную частоту исходного сигнала основной полосы частот . Однополосная модуляция позволяет избежать увеличения полосы пропускания и потери мощности на несущей за счет увеличения сложности устройства и более сложной настройки приемника.

Основная концепция

Радиопередатчики работают путем смешивания радиочастотного (RF) сигнала определенной частоты, несущей волны , с передаваемым звуковым сигналом. В передатчиках AM это смешение обычно происходит в конечном усилителе RF (модуляция высокого уровня). Менее распространено и гораздо менее эффективно выполнять микширование при малой мощности, а затем усиливать ее в линейном усилителе. Любой метод создает набор частот с сильным сигналом на несущей частоте и с более слабыми сигналами на частотах, простирающихся выше и ниже несущей частоты на максимальную частоту входного сигнала. Таким образом, результирующий сигнал имеет спектр , ширина полосы которого в два раза превышает максимальную частоту исходного входного аудиосигнала.

SSB использует тот факт, что весь исходный сигнал кодируется в каждой из этих «боковых полос». Нет необходимости передавать обе боковые полосы плюс несущую, поскольку подходящий приемник может извлекать весь исходный сигнал из верхней или нижней боковой полосы. Существует несколько методов исключения несущей и одной боковой полосы из передаваемого сигнала. Создание этого сигнала с одной боковой полосой слишком сложно для того, чтобы его можно было выполнить в каскаде оконечного усилителя, как в случае AM. Модуляция SSB должна выполняться на низком уровне и усиливаться в линейном усилителе, где более низкая эффективность частично компенсирует преимущество в мощности, полученное за счет исключения несущей и одной боковой полосы. Тем не менее, SSB-передачи используют доступную энергию усилителя значительно более эффективно, обеспечивая передачу на больший диапазон при той же выходной мощности. Кроме того, занимаемый спектр меньше половины спектра AM-сигнала с полной несущей.

Прием SSB требует стабильности частоты и избирательности, значительно превосходящих возможности недорогих AM-приемников, поэтому вещательные компании редко используют его. В двухточечной связи, где уже широко используются дорогие приемники, их можно успешно настроить для приема любой передаваемой боковой полосы.

История

Первая заявка на патент США на модуляцию SSB была подана 1 декабря 1915 года Джоном Реншоу Карсоном . Перед Первой мировой войной ВМС США экспериментировали с SSB по своим радиосхемам . SSB впервые вступил в коммерческую службу 7 января 1927 года на длинноволновой трансатлантической общественной радиотелефонной сети между Нью-Йорком и Лондоном. SSB-передатчики большой мощности были расположены в Роки-Пойнт, Нью-Йорк , и Регби, Англия . Приемники находились в очень тихих местах в Хоултоне, штат Мэн , и Купар, Шотландия.

SSB также использовался на междугородных телефонных линиях как часть метода, известного как мультиплексирование с частотным разделением (FDM). FDM была впервые использована телефонными компаниями в 1930-х годах. С помощью этой технологии многие одновременные голосовые каналы могут передаваться по одной физической цепи, например, на L-несущей . С SSB каналы могут быть разнесены (обычно) только на 4000  Гц друг от друга, предлагая номинальную полосу пропускания речи от 300 Гц до 3400 Гц.

Радисты-любители начали серьезные эксперименты с SSB после Второй мировой войны . Стратегическое авиационное командование установлена SSB в качестве стандарта радиосвязи для своих самолетов в 1957 г.(т)},{\ Displaystyle s (t) = \ OperatorName {Re} \ left \ {s _ {\ mathrm {a}} (t) \ right \} = \ operatorname {Re} \ left \ {s (t) + j \ cdot {\ widehat {s}} (t) \ right \},}

где представляет собой мнимую единицу .  это аналитическое представление о   что означает , что она содержит только те компоненты , положительно частотные : j{\ displaystyle j}sа(т){\ Displaystyle с _ {\ mathrm {а}} (т)}s(т),{\ displaystyle s (t),}s(т){\ displaystyle s (t)}

12Sа(ж)знак равно{S(ж),за ж>0,0,за ж<0,{\ displaystyle {\ frac {1} {2}} S _ {\ mathrm {a}} (f) = {\ begin {cases} S (f), & {\ text {for}} \ f> 0, \ \ 0, & {\ text {for}} \ f <0, \ end {case}}}

где и — соответствующие преобразования Фурье от и   Следовательно, функция с преобразованием частоты содержит только одну сторону от   Поскольку она также имеет только компоненты с положительной частотой, ее обратное преобразование Фурье является аналитическим представлениемSа(ж){\ Displaystyle S _ {\ mathrm {а}} (е)}S(ж){\ Displaystyle S (е)}sа(т){\ Displaystyle с _ {\ mathrm {а}} (т)}s(т). {j2 \ pi f_ {0} t} \ right \} \\ & = \ operatorname {Re} \ left \ {\, \ left [s (t) + j \ cdot {\ widehat {s}} (t) \ right] \ cdot \ left [\ cos \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right) + j \ cdot \ sin \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right) \ right] \, \ right \} \ \ & = s (t) \ cdot \ cos \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right) — {\ widehat {s}} (t) \ cdot \ sin \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right). \ end {выравнивается}}}

Когерентная демодуляция для восстановления аналогична AM: умножение на   и lowpass для удаления «двухчастотных» составляющих вокруг частоты . Если демодулирующая несущая не находится в правильной фазе (здесь косинусная фаза), тогда демодулированный сигнал будет некоторой линейной комбинацией и , что обычно приемлемо в голосовой связи (если несущая частота демодуляции не совсем правильная, фаза будет дрейфует циклически, что опять же обычно допустимо в голосовой связи, если частотная ошибка достаточно мала, а радиолюбители иногда терпимы к еще большим частотным ошибкам, вызывающим неестественно звучащие эффекты сдвига высоты тона). {j2 \ pi f_ {0} t} \ right \} \\ & = s (t) \ cdot \ cos \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right) + {\ widehat {s}} (t) \ cdot \ sin \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right). \ end {align}}}

Сумма двух сигналов боковой полосы составляет:

sUSB(т)+slsb(т)знак равно2s(т)⋅потому что⁡(2πж0т),{\ displaystyle s _ {\ text {usb}} (t) + s _ {\ text {lsb}} (t) = 2s (t) \ cdot \ cos \ left (2 \ pi f_ {0} t \ right), \,}

которая является классической моделью AM с двумя боковыми полосами с подавленной несущей .

Практические реализации

Collins KWM-1 , ранний Радиолюбительский трансивер , который показал голосовые возможности SSB

Полосовая фильтрация

Один из методов создания SSB-сигнала состоит в том, чтобы удалить одну из боковых полос с помощью фильтрации , оставив только верхнюю боковую полосу ( USB ), боковую полосу с более высокой частотой или, реже, нижнюю боковую полосу ( LSB ), боковую полосу с более низкой частотой. . Чаще всего несущая уменьшается или полностью удаляется (подавляется), что полностью называется несущей с подавлением одной боковой полосы ( SSBSC ). Если предположить, что обе боковые полосы симметричны, что имеет место для нормального AM- сигнала, при этом не теряется информация. Поскольку окончательное РЧ-усиление теперь сосредоточено в одной боковой полосе, эффективная выходная мощность больше, чем в обычном AM (несущая и резервная боковая полоса составляют более половины выходной мощности AM-передатчика). Хотя SSB использует значительно меньшую полосу пропускания и мощность, он не может быть демодулирован простым детектором огибающей, таким как стандартный AM.

Модулятор Хартли

Альтернативный метод генерации, известный как модулятор Хартли , названный в честь Р.В.Л. Хартли , использует фазировку для подавления нежелательной боковой полосы. Чтобы сгенерировать SSB-сигнал этим методом, генерируются две версии исходного сигнала, взаимно сдвинутые по фазе на 90 ° для любой отдельной частоты в пределах рабочей полосы пропускания. Затем каждый из этих сигналов модулирует несущие волны (одной частоты), которые также на 90 ° не совпадают по фазе друг с другом. Путем сложения или вычитания результирующих сигналов получается сигнал нижней или верхней боковой полосы. Преимущество этого подхода состоит в том, чтобы дать возможность аналитического выражения для сигналов SSB, которое можно использовать для понимания таких эффектов, как синхронное обнаружение SSB.

Сдвинуть сигнал основной полосы частот на 90 ° не по фазе нельзя, просто задержав его, поскольку он содержит большой диапазон частот. В аналоговых схемах используется широкополосная сеть с разностью фаз 90 градусов. Этот метод был популярен во времена ламповых радиоприемников, но позже приобрел плохую репутацию из-за плохо отлаженных коммерческих реализаций. Модуляция с использованием этого метода снова набирает популярность в домашних условиях и в области DSP . Этот метод, использующий преобразование Гильберта для фазового сдвига звука основной полосы частот, может быть реализован с небольшими затратами с помощью цифровых схем.

Модулятор Уивера

Другой вариант, модулятор Уивера , использует только фильтры нижних частот и квадратурные смесители и является предпочтительным методом в цифровых реализациях.

В методе Уивера интересующая полоса сначала переводится в центр нуля, концептуально путем модуляции комплексной экспоненты с частотой в середине диапазона голоса, но реализуется квадратурной парой синусоидальных и косинусных модуляторов на этой частоте (например, 2 кГц ). Этот сложный сигнал или пара реальных сигналов затем фильтруется по нижним частотам, чтобы удалить нежелательную боковую полосу, которая не центрирована на нуле. Затем комплексный сигнал с одной боковой полосой с центром в нуле преобразуется с повышением частоты в реальный сигнал другой парой квадратурных смесителей до требуемой центральной частоты. exp⁡(jωт){\ Displaystyle \ ехр (J \ омега т)}

SSB с полной, сокращенной и подавленной несущей

Обычные сигналы с амплитудной модуляцией можно считать неэкономичными по мощности и ширине полосы, поскольку они содержат сигнал несущей и две идентичные боковые полосы. Следовательно, передатчики SSB обычно проектируются так, чтобы минимизировать амплитуду несущего сигнала. Когда несущая удаляется из передаваемого сигнала, это называется SSB с подавленной несущей .

Однако для того, чтобы приемник воспроизводил передаваемый звук без искажений, он должен быть настроен на точно такую ​​же частоту, что и передатчик. Поскольку на практике этого трудно достичь, передачи SSB могут звучать неестественно, и если ошибка в частоте достаточно велика, это может вызвать плохую разборчивость. Чтобы исправить это, можно передать небольшой объем исходного несущего сигнала, чтобы приемники с необходимой схемой для синхронизации с переданной несущей могли правильно демодулировать звук. Этот режим передачи называется однополосной передачей с уменьшенной несущей .

В других случаях может быть желательно поддерживать некоторую степень совместимости с простыми приемниками AM, при этом уменьшая полосу пропускания сигнала. Это может быть достигнуто путем передачи односторонней полосы с нормальной или немного уменьшенной несущей. Этот режим называется совместимым (или с полной несущей) SSB или эквивалентом амплитудной модуляции (AME) . В типичных системах AME гармонические искажения могут достигать 25%, а интермодуляционные искажения могут быть намного выше, чем обычно, но минимизация искажений в приемниках с детекторами огибающей обычно считается менее важной, чем предоставление им возможности воспроизводить разборчивый звук.

Второе и, возможно, более правильное определение «совместимой одинарной боковой полосы» (CSSB) относится к форме амплитудной и фазовой модуляции, при которой несущая передается вместе с рядом боковых полос, которые преимущественно находятся выше или ниже несущей. Поскольку при генерации сигнала присутствует фазовая модуляция, энергия удаляется из несущей и перераспределяется в структуру боковой полосы, аналогичную той, которая имеет место при аналоговой частотной модуляции. Сигналы, поступающие на фазовый модулятор и модулятор огибающей, дополнительно сдвигаются по фазе на 90 ° относительно друг друга. Это помещает информационные термины в квадратуру друг к другу; преобразование Гильберта информации, которая должна быть передана, используется, чтобы вызвать конструктивное добавление одной боковой полосы и отмену противоположной основной боковой полосы. Поскольку используется фазовая модуляция, также генерируются члены более высокого порядка. Несколько методов были использованы для уменьшения влияния (амплитуды) большинства этих членов более высокого порядка. В одной системе фазово-модулированный член фактически представляет собой логарифм значения уровня несущей плюс сдвинутый по фазе член аудио / информации. Это создает идеальный сигнал CSSB, где на низких уровнях модуляции преобладает только член первого порядка на одной стороне несущей. По мере увеличения уровня модуляции уровень несущей уменьшается, в то время как член второго порядка существенно увеличивается по амплитуде. В точке 100% -ной модуляции огибающей мощность 6 дБ удаляется из члена несущей, и член второго порядка идентичен по амплитуде члену несущей. Уровень боковой полосы первого порядка увеличился и теперь находится на том же уровне, что и ранее немодулированная несущая. В точке 100% модуляции, спектр оказывается идентичным нормальной двойной боковой полосы передачи AM, с термином центра (теперь основной звук термина) при 0 дБ эталонного уровня, и обе точки по обе стороны от первичной боковой полосы на −6 дБ. Разница в том, что то, что кажется несущей, смещено на термин звуковой частоты в сторону «используемой боковой полосы». На уровнях ниже 100% модуляции структура боковой полосы кажется довольно асимметричной. Когда голос передается источником CSSB этого типа, низкочастотные компоненты являются доминирующими, а высокочастотные составляющие ниже на целых 20 дБ на частоте 3 кГц. В результате сигнал занимает примерно половину обычной полосы пропускания DSB-сигнала с полной несущей. Есть одна загвоздка: термин «звук», используемый для фазовой модуляции несущей, генерируется на основе логарифмической функции, которая смещена уровнем несущей. При отрицательной 100% модуляции член сбрасывается до нуля (0), и модулятор становится неопределенным. Для поддержания стабильности системы и предотвращения разбрызгивания необходимо использовать строгий контроль модуляции. Эта система имеет российское происхождение и была описана в конце 1950-х годов. Неизвестно, был ли он когда-либо развернут.

Вторая серия подходов была разработана и запатентована Леонардом Р. Каном . В различных системах Кана устранены жесткие ограничения, налагаемые использованием функции строгого журнала при генерации сигнала. В более ранних системах Кана использовались различные методы для уменьшения члена второго порядка путем введения компонента предыскажения. Один пример этого метода также использовался для генерации одного из стереосигналов AM с независимой боковой полосой (ISB) Кана. Он был известен как метод возбудителя STR-77, который был введен в 1977 году. Позже система была дополнительно усовершенствована за счет использования модулятора на основе арксинуса, который включал член 1-0,52E в знаменателе уравнения генератора арксинуса. E представляет собой член конверта; примерно половина члена модуляции, применяемого к модулятору огибающей, используется для уменьшения члена второго порядка в тракте с фазовой модуляцией arcsin; таким образом уменьшая член второго порядка в нежелательной боковой полосе. Для генерации точного сигнала arcsin использовался подход с обратной связью с многоконтурным модулятором / демодулятором. Этот подход был представлен в 1984 году и стал известен как метод STR-84. Он был продан Kahn Research Laboratories; позже Kahn Communications, Inc. из Нью-Йорка. Дополнительное устройство обработки звука дополнительно улучшило структуру боковой полосы за счет выборочного применения предыскажения к модулирующим сигналам. Поскольку огибающая всех описанных сигналов остается точной копией информации, подаваемой на модулятор, ее можно без искажений демодулировать с помощью детектора огибающей, такого как простой диод. В практическом приемнике могут присутствовать некоторые искажения, обычно на низком уровне (в широковещательной передаче AM, всегда ниже 5%), из-за резкой фильтрации и нелинейной групповой задержки в фильтрах ПЧ приемника, которые действуют для усечения боковой полосы совместимости. — те члены, которые не являются результатом линейного процесса простой модуляции сигнала огибающей, как это было бы в случае DSB-AM с полной несущей, — и поворот фазы этих членов совместимости таким образом, что они больше не отменяют член квадратурного искажения, вызванный термином SSB первого порядка вместе с перевозчиком. Небольшое искажение, вызванное этим эффектом, обычно довольно мало и приемлемо.

Метод Kahn CSSB также кратко использовался Airphone в качестве метода модуляции, используемого для ранних телефонных звонков потребителей, которые можно было передавать с самолета на землю. Его быстро вытеснили методы цифровой модуляции для достижения еще большей спектральной эффективности.

Хотя CSSB сегодня редко используется в радиовещательных диапазонах AM / MW по всему миру, некоторые радиолюбители все еще экспериментируют с ним.

Демодуляция

Передняя часть приемника SSB аналогична входной части приемника AM или FM , состоящей из супергетеродинного входного каскада RF, который производит версию радиочастотного (RF) сигнала со сдвигом частоты в стандартном диапазоне промежуточных частот (IF).

Чтобы восстановить исходный сигнал из сигнала ПЧ SSB, одиночная боковая полоса должна быть сдвинута вниз до исходного диапазона частот основной полосы с помощью детектора продукта, который смешивает его с выходным сигналом генератора частоты биений (BFO). Другими словами, это очередной этап гетеродинирования. Чтобы это работало, необходимо точно отрегулировать частоту BFO. Если частота BFO выключена, выходной сигнал будет сдвинут по частоте (вверх или вниз), что сделает речь странной, похожей на « Дональда Дака » или неразборчивой.

Для аудиосвязи существует общепринятое мнение о сдвиге генератора BFO на 1,7 кГц. Голосовой сигнал чувствителен к сдвигу примерно на 50 Гц, при этом допустимая частота до 100 Гц. Некоторые приемники используют систему восстановления несущей , которая пытается автоматически зафиксировать точную частоту ПЧ. Восстановление несущей не решает проблему сдвига частоты. Это дает лучшее соотношение сигнал / шум на выходе детектора.

В качестве примера рассмотрим сигнал IF SSB с центром на частоте 45000 Гц. Частота основной полосы частот, на которую он должен быть сдвинут, составляет = 2000 Гц. Форма выходного сигнала BFO — . Когда сигнал умножается на ( так называемый гетеродине с ) форма сигнала БФО, он сдвигает сигнал   ,  и к  , который известен как частоты биений или частоты изображения . Задача состоит в том, чтобы выбрать такой, который дает   = 2000 Гц. (Нежелательные компоненты могут быть удалены с помощью фильтра нижних частот , для которого может служить выходной преобразователь или человеческое ухо ). Fесли{\ Displaystyle F _ {\ текст {если}} \,}Fб{\ displaystyle F_ {b} \,}потому что⁡(2π⋅Fбфо⋅т){\ displaystyle \ cos \ left (2 \ pi \ cdot F _ {\ text {bfo}} \ cdot t \ right)}(Fесли+Fбфо){\ displaystyle \ left (F _ {\ text {if}} + F _ {\ text {bfo}} \ right)}|Fесли-Fбфо|{\ displaystyle \ left | F _ {\ text {if}} — F _ {\ text {bfo}} \ right |}FBFO{\ displaystyle F _ {\ text {BFO}}}|Fесли-Fбфо|знак равноFб{\ displaystyle \ left | F _ {\ text {if}} — F _ {\ text {bfo}} \ right | = F_ {b} \,}(Fесли+Fбфо){\ displaystyle \ left (F _ {\ text {if}} + F _ {\ text {bfo}} \ right) \,}

Есть два варианта : 43000 Гц и 47000 Гц, называемые инжекцией на стороне низкого и высокого давления. При инжекции на стороне высокого давления спектральные компоненты, которые были распределены около 45000 Гц, будут распределены около 2000 Гц в обратном порядке, также известном как инвертированный спектр. Это действительно желательно, когда спектр ПЧ также инвертируется, потому что инверсия BFO восстанавливает правильные отношения. Одна из причин этого заключается в том, что спектр ПЧ является выходным сигналом инвертирующего каскада в приемнике. Другая причина заключается в том, что сигнал SSB фактически является нижней боковой полосой, а не верхней боковой полосой. Но если обе причины верны, то спектр ПЧ не инвертируется, и следует использовать неинвертирующий BFO (43000 Гц). Fбфо{\ displaystyle F _ {\ text {bfo}}}

Если он выключен на небольшую величину, то частота биений не совсем точная , что может привести к искажению речи, упомянутому ранее. Fбфо{\ displaystyle F _ {\ text {bfo}} \,}Fб{\ displaystyle F_ {b} \,}

SSB как метод скремблирования речи

Методы SSB также могут быть адаптированы для сдвига частоты и преобразования частоты сигналов основной полосы частот ( речевой инверсии ). Этот метод скремблирования голоса был создан путем запуска аудио образца звука с модуляцией одной боковой полосы через его противоположность (например, запуск образца звука с модуляцией LSB через радио, работающее с модуляцией USB). Эти эффекты использовались вместе с другими методами фильтрации во время Второй мировой войны как простой метод шифрования речи . Радиотелефонные разговоры между США и Великобританией были перехвачены и «расшифрованы» немцами; они включали некоторые ранние разговоры между Франклином Д. Рузвельтом и Черчиллем . Фактически, сигналы могут быть поняты непосредственно обученными операторами. В основном, чтобы обеспечить безопасную связь между Рузвельтом и Черчиллем, была разработана система цифрового шифрования SIGSALY .

Сегодня такие простые методы шифрования речи на основе инверсии легко дешифруются с помощью простых методов и больше не считаются безопасными.

Остаточная боковая полоса (VSB)

Ограничение однополосной модуляции, используемой для голосовых сигналов и недоступной для видео / ТВ сигналов, приводит к использованию рудиментарной боковой полосы . Подавленной боковой (в радио связи) представляет собой боковую полосу , которая была лишь частично обрезана или подавлены. Телевизионные передачи (в аналоговом формате видео) используют этот метод , если видео будет передано в AM , из — за большой ширины полосы , используемой. Он также может использоваться в цифровой передаче, например, в стандартизированном ATSC 8VSB .

Широковещательный или транспортный канал для телевидения в странах, использующих NTSC или ATSC, имеет полосу пропускания 6 МГц. Чтобы сохранить полосу пропускания, было бы желательно использовать SSB, но видеосигнал имеет значительную низкочастотную составляющую (среднюю яркость) и имеет прямоугольные синхронизирующие импульсы. Инженерный компромисс — передача с помощью рудиментарной боковой полосы. В рудиментарной боковой полосе передается полная верхняя боковая полоса ширины W2 = 4,0 МГц, но вместе с несущей передается только нижняя боковая полоса W1 = 0,75 МГц. Несущая частота на 1,25 МГц выше нижнего края канала шириной 6 МГц. Это эффективно делает систему AM на низких частотах модуляции и SSB на высоких частотах модуляции. Отсутствие компонентов нижней боковой полосы на высоких частотах необходимо компенсировать, и это делается в усилителе ПЧ .

Частоты LSB и USB в любительской голосовой радиосвязи

Когда однополосная полоса используется в любительской голосовой радиосвязи, обычно для частот ниже 10 МГц используется нижняя боковая полоса (LSB), а для частот 10 МГц и выше используется верхняя боковая полоса (USB). Например, в диапазоне 40 м голосовая связь часто осуществляется на частоте около 7,100 МГц в режиме LSB. В диапазоне 20 м на частоте 14.200 МГц будет использоваться режим USB.

Исключение из этого правила применяется к пяти дискретным любительским каналам на 60-метровом диапазоне (около 5,3 МГц), где правила FCC специально требуют USB.

Расширенная однополосная полоса (eSSB)

Расширенная одиночная боковая полоса — это любой режим J3E (SSB-SC), который превышает полосу пропускания звукового сигнала стандартного или традиционного режима SSB J3E 2,9 кГц (ITU 2K90J3E) для поддержки звука более высокого качества.

Расширенные режимы SSB Пропускная способность Частотный отклик Обозначение МСЭ
eSSB (Узкий-1а) 3 кГц 100 Гц ~ 3,10 кГц 3K00J3E
eSSB (Узкий-1b) 3 кГц 50 Гц ~ 3,05 кГц 3K00J3E
eSSB (Узкий-2) 3,5 кГц 50 Гц ~ 3,55 кГц 3K50J3E
eSSB (средний-1) 4 кГц 50 Гц ~ 4,05 кГц 4K00J3E
eSSB (средний-2) 4,5 кГц 50 Гц ~ 4,55 кГц 4K50J3E
eSSB (широкий-1) 5 кГц 50 Гц ~ 5,05 кГц 5K00J3E
eSSB (широкий-2) 6 кГц 50 Гц ~ 6,05 кГц 6K00J3E

Амплитудно-компандированная однополосная модуляция ( ACSSB )

Одиночная боковая полоса с амплитудной компенсацией ( ACSSB ) — это метод узкополосной модуляции с использованием одной боковой полосы с пилотным тоном, позволяющий расширителю в приемнике восстановить амплитуду, которая была сильно сжата передатчиком. Он предлагает улучшенный эффективный диапазон по сравнению со стандартной модуляцией SSB, одновременно сохраняя обратную совместимость со стандартными радиостанциями SSB. ACSSB также предлагает уменьшенную полосу пропускания и улучшенный диапазон для заданного уровня мощности по сравнению с узкополосной FM-модуляцией.

Однополосная модуляция с контролируемой огибающей ( CESSB )

Генерация стандартной SSB-модуляции приводит к большим выбросам огибающей, значительно превышающим средний уровень огибающей для синусоидального тона (даже когда аудиосигнал ограничен по пику). Стандартные пики огибающей SSB обусловлены усечением спектра и нелинейным фазовым искажением из-за ошибок аппроксимации практической реализации требуемого преобразования Гильберта. Недавно было показано, что подходящая компенсация перерегулирования (так называемая однополосная модуляция с управляемой огибающей или CESSB ) обеспечивает снижение пикового уровня примерно на 3,8 дБ для передачи речи. Это приводит к увеличению эффективной средней мощности примерно на 140%. «Внешняя обработка для одной боковой полосы контролируемого конверта» (PDF) . www.arrl.org. 2016-01-01 . Проверено 15 января 2017 .Дэвид Л. Хершбергер, W9GR, QEX, выпуск январь / февраль. 2016. С. 9–12.

Источники

дальнейшее чтение

  • Сгриньоли, Г., У. Бретл, Р. и Читта. (1995). «Модуляция VSB используется для наземного и кабельного вещания». IEEE Transactions on Consumer Electronics. т. 41, вып. 3, с. 367 — 382.
  • Дж. Бриттен (1992). «Сканирование прошлого: Ральф В.Л. Хартли», Proc. IEEE , том 80, стр. 463.
  • eSSB — расширенная одинарная боковая полоса

Модуляция частоты — Frequency modulation

Кодирование информации в несущей волне путем изменения мгновенной частоты волны

Сигнал может передаваться с помощью радиоволн AM или FM. FM имеет лучшее подавление шума ( RFI ), чем AM, как показано на этой драматической рекламной демонстрации General Electric в Нью-Йорке в 1940 году. В радио есть приемники AM и FM. С электрической дугой в миллион вольт в качестве источника помех за ней AM-приемник издавал только рёв статического электричества , тогда как FM-приемник четко воспроизводил музыкальную программу экспериментального FM-передатчика W2XMN от Армстронга в Нью-Джерси.

Частотная модуляция ( FM ) — это кодирование информации в несущей волне путем изменения мгновенной частоты волны. Технология используется в телекоммуникациях , радиовещании , обработке сигналов и вычислениях .

При аналоговой частотной модуляции, такой как радиовещание, аудиосигнала, представляющего голос или музыку, мгновенное отклонение частоты , то есть разница между частотой несущей и ее центральной частотой, имеет функциональную связь с амплитудой модулирующего сигнала.

Цифровые данные могут кодироваться и передаваться с помощью типа частотной модуляции, известного как частотная манипуляция (FSK), при котором мгновенная частота несущей смещается между набором частот. Частоты могут представлять собой цифры, например 0 и 1 . FSK широко используется в компьютерных модемах , таких как факс-модемы , системы идентификации вызывающих абонентов , устройства открывания гаражных ворот и другие низкочастотные передачи. Радиотелетайп также использует FSK.

Частотная модуляция широко используется для FM- радиовещания . Он также используется в телеметрии , радаре , сейсморазведке и мониторинге новорожденных на предмет припадков с помощью ЭЭГ , систем двусторонней радиосвязи , синтеза звука , систем магнитной записи и некоторых систем передачи видео. При радиопередаче преимущество частотной модуляции состоит в том, что она имеет большее отношение сигнал / шум и поэтому лучше подавляет радиочастотные помехи, чем сигнал с амплитудной модуляцией равной мощности (AM) . По этой причине большая часть музыки транслируется по FM-радио .

Частотная модуляция и фазовая модуляция — два дополнительных основных метода угловой модуляции ; фазовая модуляция часто используется как промежуточный шаг для достижения частотной модуляции. Эти методы контрастируют с амплитудной модуляцией , при которой амплитуда несущей волны изменяется, а частота и фаза остаются постоянными.

Теория

Если информация, которая должна быть передана (т. Е. Сигнал основной полосы частот ), а синусоидальная несущая равна , где f c — базовая частота несущей, а A c — амплитуда несущей, то модулятор объединяет несущую с сигналом данных основной полосы частот, чтобы получить передаваемый сигнал: Икс м ( т ) {\ Displaystyle х_ {м} (т)} Икс c ( т ) знак равно А c потому что ⁡ ( 2 π ж c т ) {\ Displaystyle х_ {с} (т) = А_ {с} \ соз (2 \ пи е_ {с} т) \,}

у ( т ) знак равно А c потому что ⁡ ( 2 π ∫ 0 т ж ( τ ) d τ ) знак равно А c потому что ⁡ ( 2 π ∫ 0 т [ ж c + ж Δ Икс м ( τ ) ] d τ ) знак равно А c потому что ⁡ ( 2 π ж c т + 2 π ж Δ ∫ 0 т Икс м ( τ ) d τ ) {\ displaystyle {\ begin {align} y (t) & = A_ {c} \ cos \ left (2 \ pi \ int _ {0} ^ {t} f (\ tau) d \ tau \ right) \\ & = A_ {c} \ cos \ left (2 \ pi \ int _ {0} ^ {t} \ left [f_ {c} + f _ {\ Delta} x_ {m} (\ tau) \ right] d \ tau \ right) \\ & = A_ {c} \ cos \ left (2 \ pi f_ {c} t + 2 \ pi f _ {\ Delta} \ int _ {0} ^ {t} x_ {m} (\ тау) д \ тау \ право) \\\ конец {выровнено}}}

где , являясь чувствительностью частотного модулятора и являясь амплитудой модулирующего сигнала или сигнала основной полосы частот. ж Δ знак равно K ж А м {\ displaystyle f _ {\ Delta} = K_ {f} A_ {m}} K ж {\ displaystyle K_ {f}} А м {\ displaystyle A_ {m}}

В этом уравнении — мгновенная частота осциллятора и — отклонение частоты , которое представляет максимальное отклонение от f c в одном направлении, предполагая, что x m ( t ) ограничено диапазоном ± 1. ж ( τ ) {\ Displaystyle е (\ тау) \,} ж Δ {\ displaystyle f _ {\ Delta} \,}

Хотя большая часть энергии сигнала содержится в пределах f c ± f Δ , анализ Фурье может показать, что для точного представления FM-сигнала требуется более широкий диапазон частот. Частотный спектр фактического ЧМ сигнала имеет компоненты , проход щие бесконечно, хотя их амплитуда уменьшается и компоненты более высокий порядка часто пренебрегает в практических задачах проектирования. {t} x_ {m} (\ tau) d \ tau = {\ frac {\ sin \ left (2 \ pi f_ {m} t \ right)} {2 \ pi f_ {m}}} \,}

В этом случае выражение для y (t) выше упрощается до:

у ( т ) знак равно А c потому что ⁡ ( 2 π ж c т + ж Δ ж м грех ⁡ ( 2 π ж м т ) ) {\ displaystyle y (t) = A_ {c} \ cos \ left (2 \ pi f_ {c} t + {\ frac {f _ {\ Delta}} {f_ {m}}} \ sin \ left (2 \ pi f_ {m} t \ right) \ right) \,}

где амплитуда модулирующей синусоиды представлена ​​пиковым отклонением (см. отклонение частоты ). А м {\ displaystyle A_ {m} \,} ж Δ знак равно K ж А м {\ displaystyle f _ {\ Delta} = K_ {f} A_ {m}}

Гармоническое распределение в синусоиды несущей , модулированной таким синусоидального сигнала может быть представлен с функциями Бесселя ; это обеспечивает основу для математического понимания частотной модуляции в частотной области.

Индекс модуляции

Как и в других системах модуляции, индекс модуляции указывает, насколько модулируемая переменная изменяется вокруг своего немодулированного уровня. Это относится к вариациям несущей частоты :

час знак равно Δ ж ж м знак равно ж Δ | Икс м ( т ) | ж м {\ displaystyle h = {\ frac {\ Delta {} f} {f_ {m}}} = {\ frac {f _ {\ Delta} \ left | x_ {m} (t) \ right |} {f_ {m }}}}

где — наивысшая частотная составляющая, присутствующая в модулирующем сигнале x m ( t ), и — пиковое отклонение частоты, то есть максимальное отклонение мгновенной частоты от несущей частоты. Для модуляции синусоидальной волны индекс модуляции представляет собой отношение пиковой девиации частоты несущей волны к частоте модулирующей синусоидальной волны. ж м {\ displaystyle f_ {m} \,} Δ ж {\ displaystyle \ Delta {} f \,}

Если , модуляция называется узкополосной ЧМ (NFM), и ее ширина полосы составляет приблизительно . Иногда индекс модуляции  рассматривается как NFM, в противном случае — широкополосная FM (WFM или FM). час ≪ 1 {\ displaystyle h \ ll 1} 2 ж м {\ displaystyle 2f_ {m} \,} час < 0,3 {\ displaystyle h <0,3}

Для систем цифровой модуляции, например двоичной частотной манипуляции (BFSK), где двоичный сигнал модулирует несущую, индекс модуляции определяется следующим образом:

час знак равно Δ ж ж м знак равно Δ ж 1 2 Т s знак равно 2 Δ ж Т s   {\ displaystyle h = {\ frac {\ Delta {} f} {f_ {m}}} = {\ frac {\ Delta {} f} {\ frac {1} {2T_ {s}}}} = 2 \ Дельта {} fT_ {s} \}

где — период символа, который по соглашению используется как наивысшая частота модулирующего двоичного сигнала, хотя было бы точнее сказать, что это наивысшая основная частота модулирующего двоичного сигнала. В случае цифровой модуляции несущая никогда не передается. Вместо этого передается одна из двух частот, либо или , в зависимости от двоичного состояния 0 или 1 сигнала модуляции. Т s {\ Displaystyle T_ {s} \,} ж м знак равно 1 2 Т s {\ displaystyle f_ {m} = {\ frac {1} {2T_ {s}}} \,} ж c {\ displaystyle f_ {c} \,} ж c + Δ ж {\ displaystyle f_ {c} + \ Delta {} f} ж c — Δ ж {\ displaystyle f_ {c} — \ Delta {} f}

Если , модуляция называется широкополосной ЧМ, и ее ширина полосы приблизительно равна . Хотя широкополосный FM использует большую полосу пропускания, он может значительно улучшить отношение сигнал / шум ; например, удвоение значения при сохранении постоянного значения приводит к восьмикратному улучшению отношения сигнал / шум. (Сравните это с расширенным спектром ЛЧМ- сигнала, который использует чрезвычайно широкие отклонения частоты для достижения выигрыша при обработке, сопоставимого с традиционными, более известными режимами расширенного спектра). час ≫ 1 {\ displaystyle h \ gg 1} 2 ж Δ {\ displaystyle 2f _ {\ Delta} \,} Δ ж {\ displaystyle \ Delta {} f \,} ж м {\ displaystyle f_ {m}}

В случае FM-волны с тональной модуляцией, если частота модуляции остается постоянной, а индекс модуляции увеличивается, ширина полосы частот FM-сигнала (которой нельзя пренебречь) увеличивается, но интервал между спектрами остается прежним; некоторые спектральные компоненты уменьшаются в силе по мере увеличения других. Если девиация частоты остается постоянной, а частота модуляции увеличивается, интервал между спектрами увеличивается.

Частотная модуляция может быть классифицирована как узкополосная, если изменение несущей частоты примерно такое же, как частота сигнала, или как широкополосная, если изменение несущей частоты намного выше (индекс модуляции> 1), чем частота сигнала. Например, узкополосный FM (NFM) используется для систем двусторонней радиосвязи , таких как Family Radio Service , в которых несущей разрешено отклоняться только на 2,5 кГц выше и ниже центральной частоты с речевыми сигналами с полосой пропускания не более 3,5 кГц. Широкополосный FM используется для FM-вещания , при котором музыка и речь передаются с отклонением до 75 кГц от центральной частоты и переносят звук с полосой пропускания до 20 кГц и поднесущими до 92 кГц.

Функции Бесселя

Частотный спектр и водопад участок из 146,52   несущей частоты, МГц , модулированной 1,000   синусоиды Гц. Индекс модуляции был отрегулирован примерно до 2,4, поэтому несущая частота имеет небольшую амплитуду. Видны несколько сильных боковых полос; в принципе в FM создается бесконечное количество полос, но боковые полосы более высокого порядка имеют незначительную величину.

Для случая несущей, модулированной одной синусоидальной волной, результирующий частотный спектр может быть вычислен с использованием функций Бесселя первого рода как функция номера боковой полосы и индекса модуляции. Амплитуды несущей и боковой полосы показаны для различных индексов модуляции ЧМ-сигналов. Для определенных значений индекса модуляции амплитуда несущей становится равной нулю, и вся мощность сигнала приходится на боковые полосы.

Поскольку боковые полосы находятся по обе стороны от несущей, их количество удваивается, а затем умножается на частоту модуляции для определения ширины полосы. Например, девиация 3 кГц, модулированная звуковым тоном 2,2 кГц, дает индекс модуляции 1,36. Предположим, что мы ограничиваемся только теми боковыми полосами, относительная амплитуда которых не менее 0,01. Затем рассмотрение диаграммы показывает, что этот индекс модуляции дает три боковые полосы. Эти три боковые полосы, если их удвоить, дают нам (6 × 2,2 кГц) или 13,2 кГц требуемую полосу пропускания.


Индекс модуляции
Амплитуда боковой полосы
Перевозчик 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
0,00 1,00
0,25 0,98 0,12
0,5 0,94 0,24 0,03
1.0 0,77 0,44 0,11 0,02
1.5 0,51 0,56 0,23 0,06 0,01
2.0 0,22 0,58 0,35 0,13 0,03
2.41 0,00 0,52 0,43 0,20 0,06 0,02
2,5 -0,05 0,50 0,45 0,22 0,07 0,02 0,01
3.0 -0,26 0,34 0,49 0,31 0,13 0,04 0,01
4.0 -0,40 -0,07 0,36 0,43 0,28 0,13 0,05 0,02
5.0 -0,18 -0,33 0,05 0,36 0,39 0,26 0,13 0,05 0,02
5,53 0,00 -0,34 -0,13 0,25 0,40 0,32 0,19 0,09 0,03 0,01
6.0 0,15 -0,28 -0,24 0,11 0,36 0,36 0,25 0,13 0,06 0,02
7.0 0,30 0,00 −0,30 -0,17 0,16 0,35 0,34 0,23 0,13 0,06 0,02
8.0 0,17 0,23 -0,11 -0,29 -0,10 0,19 0,34 0,32 0,22 0,13 0,06 0,03
8,65 0,00 0,27 0,06 -0,24 -0,23 0,03 0,26 0,34 0,28 0,18 0,10 0,05 0,02
9.0 -0,09 0,25 0,14 -0,18 −0,27 -0,06 0,20 0,33 0,31 0,21 0,12 0,06 0,03 0,01
10.0 -0,25 0,04 0,25 0,06 -0,22 -0,23 −0,01 0,22 0,32 0,29 0,21 0,12 0,06 0,03 0,01
12.0 0,05 -0,22 -0,08 0,20 0,18 -0,07 -0,24 -0,17 0,05 0,23 0,30 0,27 0,20 0,12 0,07 0,03 0,01

Правило Карсона

Правило , правило Карсон утверждает , что почти все (~ 98 процентов) мощности частотно-модулированный сигнал в пределах лежит в полосе пропускания от: B Т {\ displaystyle B_ {T} \,}

B Т знак равно 2 ( Δ ж + ж м ) знак равно 2 ж м ( β + 1 ) {\ displaystyle B_ {T} = 2 \ left (\ Delta f + f_ {m} \ right) = 2f_ {m} (\ beta +1)}

где , как определено выше, — пиковое отклонение мгновенной частоты от центральной несущей частоты , — индекс модуляции, который представляет собой отношение девиации частоты к самой высокой частоте в модулирующем сигнале и является самой высокой частотой в модулирующем сигнале. Условием применения правила Карсона являются только синусоидальные сигналы. Δ ж {\ displaystyle \ Delta f \,} ж ( т ) {\ Displaystyle е (т) \,} ж c {\ displaystyle f_ {c}} β {\ displaystyle \ beta} ж м {\ displaystyle f_ {m} \,}

B Т знак равно 2 ( Δ ж + W ) знак равно 2 W ( D + 1 ) {\ Displaystyle B_ {T} = 2 (\ Delta f + W) = 2W (D + 1)}

где W — самая высокая частота в модулирующем сигнале, но несинусоидальная по своей природе, а D — коэффициент девиации, который представляет собой отношение девиации частоты к самой высокой частоте модулирующего несинусоидального сигнала.

Подавление шума

FM обеспечивает улучшенное отношение сигнал / шум (SNR) по сравнению, например, с AM . По сравнению с оптимальной схемой AM, FM обычно имеет более низкий SNR ниже определенного уровня сигнала, называемого шумовым порогом, но выше более высокого уровня — полного улучшения или полного порога сглаживания — SNR намного лучше, чем AM. Улучшение зависит от уровня модуляции и отклонения. Для типичных каналов голосовой связи улучшения обычно составляют 5–15 дБ. FM-радиовещание с более широким отклонением может привести к еще большим улучшениям. Дополнительные методы, такие как предварительное выделение более высоких звуковых частот с соответствующим ослаблением выделения в приемнике, обычно используются для улучшения общего SNR в схемах FM. Поскольку FM-сигналы имеют постоянную амплитуду, FM-приемники обычно имеют ограничители, которые удаляют шум AM, дополнительно улучшая SNR.

Реализация

Модуляция

FM-сигналы могут генерироваться с использованием прямой или косвенной частотной модуляции:

Демодуляция

Существует множество схем FM-детекторов. Распространенный метод восстановления информационного сигнала — использование дискриминатора Фостера-Сили или детектора отношения . Контур фазовой автоподстройки частоты может использоваться как FM-демодулятор. Обнаружение наклона демодулирует FM-сигнал с помощью настроенного контура, резонансная частота которого немного смещена от несущей. По мере того, как частота растет и падает, настроенная схема обеспечивает изменяющуюся амплитуду отклика, преобразуя FM в AM. Таким образом, приемники AM могут обнаруживать некоторые передачи FM, хотя это не обеспечивает эффективных средств обнаружения для передач FM.

Приложения

Эффект Допплера

Когда эхолокационная летучая мышь приближается к цели, ее исходящие звуки возвращаются в виде эхо, которое является доплеровским смещением вверх по частоте. У некоторых видов летучих мышей, которые производят эхолокационные сигналы с постоянной частотой (CF) , летучие мыши компенсируют доплеровский сдвиг , снижая частоту своих сигналов по мере приближения к цели. Это сохраняет возвращаемое эхо в том же частотном диапазоне, что и обычный эхолокационный вызов. Эта динамическая частотная модуляция называется компенсацией доплеровского сдвига (DSC) и была открыта Гансом Шницлером в 1968 году.

Магнитная лента для хранения

FM также используется на промежуточных частотах аналоговыми системами видеомагнитофона (включая VHS ) для записи яркостных (черных и белых) частей видеосигнала. Обычно составляющая цветности записывается как обычный AM-сигнал с использованием высокочастотного FM-сигнала в качестве смещения . FM — это единственный возможный метод записи яркостной («черно-белой») составляющей видео на магнитную ленту (и извлечения видео с нее) без искажений; видеосигналы имеют большой диапазон частотных составляющих — от нескольких герц до нескольких мегагерц , что слишком велик для работы эквалайзеров из-за электронного шума ниже -60  дБ . FM также сохраняет ленту на уровне насыщения, действуя как форма шумоподавления ; ограничитель может маскировать изменения в выходе воспроизведения и FM захвата эффект удаляет печать сквозной и предварительного эхо . Непрерывный пилот-сигнал, если он добавлен к сигналу, как это было сделано в V2000 и многих форматах Hi-band, может контролировать механический джиттер и способствовать коррекции временной развертки .

Эти системы ЧМ необычны тем, что у них отношение несущей к максимальной частоте модуляции меньше двух; Сравните это с FM-радиовещанием, где соотношение составляет около 10 000. Рассмотрим, например, несущую 6 МГц, модулированную со скоростью 3,5 МГц; с помощью Бесселя анализа, первые боковые полосы находятся на 9,5 и 2,5 МГц , а второй боковые полосы 13 МГц и -1 МГц. В результате получается боковая полоса с обращенной фазой на +1 МГц; при демодуляции это приводит к нежелательному выходу на частоте 6–1 = 5 МГц. Система должна быть спроектирована так, чтобы этот нежелательный выход был снижен до приемлемого уровня.

Звук

FM также используется на звуковых частотах для синтеза звука. Этот метод, известный как FM-синтез , был популяризирован ранними цифровыми синтезаторами и стал стандартной функцией в нескольких поколениях звуковых карт персональных компьютеров .

Радио

Американский FM-радиопередатчик в Буффало, штат Нью-Йорк, на WEDG

Эдвин Ховард Армстронг (1890–1954) был американским инженером-электриком, который изобрел радио с широкополосной частотной модуляцией (FM). Он запатентовал регенеративную схему в 1914 году, супергетеродинный приемник в 1918 году и супергетеродинную схему в 1922 году. Армстронг представил свою статью «Метод уменьшения помех в передаче радиосигналов с помощью системы частотной модуляции» (в которой впервые было описано FM-радио. ) перед нью-йоркским отделением Института радиоинженеров 6 ноября 1935 г. Статья была опубликована в 1936 г.

Как следует из названия, широкополосная FM (WFM) требует более широкой полосы сигнала, чем амплитудная модуляция эквивалентным модулирующим сигналом; это также делает сигнал более устойчивым к шумам и помехам . Частотная модуляция также более устойчива к явлениям амплитудного замирания сигнала. В результате FM был выбран в качестве стандарта модуляции для высокочастотной высокоточной радиопередачи , отсюда и термин « FM-радио » (хотя в течение многих лет BBC называла его «VHF-радио», потому что коммерческое FM-вещание использует часть VHF- диапазона. — диапазон FM-вещания ). FM- приемники используют специальный детектор для FM-сигналов и демонстрируют явление, известное как эффект захвата , при котором тюнер «захватывает» более сильную из двух станций на одной и той же частоте, отклоняя другую (сравните это с аналогичной ситуацией на AM-приемнике , где одновременно слышны обе станции). Однако дрейф частоты или недостаточная избирательность могут привести к тому, что одна станция будет обгоняться другой на соседнем канале . Дрейф частоты был проблемой ранних (или недорогих) приемников; недостаточная избирательность может повлиять на любой тюнер.

FM-сигнал также может использоваться для передачи стереосигнала ; это делается с помощью мультиплексирования и демультиплексирования до и после процесса FM. Процессы FM-модуляции и демодуляции идентичны для стерео и монофонических процессов. Для передачи FM-сигналов (и других сигналов постоянной амплитуды ) можно использовать высокоэффективный коммутирующий усилитель радиочастоты . Для заданного уровня сигнала (измеренного на антенне приемника) коммутирующие усилители потребляют меньше энергии от батарей и обычно стоят меньше, чем линейный усилитель . Это дает FM еще одно преимущество перед другими методами модуляции, требующими линейных усилителей, такими как AM и QAM .

FM обычно используется на УКВ радиочастотах для высококачественной передачи музыки и речи . Звук аналогового ТВ также транслируется с помощью FM. Узкополосный FM используется для голосовой связи в коммерческих и любительских радиостанциях . В вещательных службах, где важна точность воспроизведения звука, обычно используется широкополосный FM. В двусторонней радиосвязи узкополосный FM (NBFM) используется для экономии полосы пропускания для наземных мобильных, морских мобильных и других служб радиосвязи.

Сообщается, что 5 октября 1924 г. профессор Михаил Андреевич Бонч-Бруевич во время научно-технической беседы в Нижегородской радиолаборатории сообщил о своем новом способе телефонной связи, основанном на изменении периода колебаний. Демонстрация частотной модуляции проводилась на лабораторном макете.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • А. Брюс Карлсон. Системы связи, 4-е издание. McGraw-Hill Наука / Инженерия / Математика. 2001. ISBN   0-07-011127-8 , ISBN   978-0-07-011127-1 .
  • Гэри Л. Фрост. Раннее FM-радио: дополнительные технологии в Америке двадцатого века. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса, 2010. ISBN   0-8018-9440-9 , ISBN   978-0-8018-9440-4 .
  • Кен Сеймур, AT&T Wireless (мобильность). Частотная модуляция, Справочник по электронике, стр. 1188–1200, 1-е издание, 1996 г. 2-е издание, 2005 г. CRC Press, Inc., ISBN   0-8493-8345-5 (1-е издание).

Модулирующие лазеры | Лазерное свечение

  • НАУЧНЫЙ
  • ПРОМЫШЛЕННЫЙ
  • ПОТРЕБИТЕЛЬ
КОРЗИНА 1-866-924-1673
  • Компания О нас Новости Корпоративная устойчивость и ответственность FAQs Карьера
  • Продукция Научный Промышленное Потребитель Портативные указатели Штативы Защитные очки Приложения Лабораторные / OEM-лазеры Все продукты Центрирующие лазеры Лазеры для виртуальных дорожек и дорожек Виртуальные знаки Safetycast Решения по безопасности для вилочных погрузчиков Решения крановых опасностей Решения для стыковки грузовиков Дорожная разметка и вспашка снега Горизонтальные лазерные уровни Борьба с вредителями Аксессуары
    Перейти на Scientific Перейти на промышленный Перейти к потребителю
  • Услуги Разработка продукта на заказ Гарантия и ремонт LaserCare Варианты финансирования
  • Laser Info Классификация лазерной безопасности Выбор правильных защитных очков Понимание профилей балок Модулирующие лазеры Видео библиотека Калькулятор угла наклона вентилятора
  • Контакты Связаться с нами Агенты и дистрибьюторы Выставки

Режимы радиосвязи и модуляция RTTY

Модуляция — это процесс посредством которого к радиоволнам, создаваемым передатчиком, добавляются голос, музыка и другой «разум».Различные методы модуляции радиосигнала называются режимами . Немодулированный радиосигнал известен как несущая . Когда вы слышите «мертвый эфир» между песнями или объявлениями на радиостанции, вы «слышите» оператора связи. Хотя носитель не содержит интеллекта, вы можете сказать, что он передается, по тому, как он заглушает фоновый шум вашего радио.

Различные режимы модуляции имеют свои достоинства и недостатки. Вот резюме:

Непрерывная волна (CW)

CW — простейшая форма модуляции.Выход передатчика включается и выключается, как правило, для формирования символов кода Морзе.

Передатчики

CW простые и недорогие, а передаваемый сигнал CW не занимают много частотного пространства (обычно менее 500 Гц). Однако сигналы CW будет трудно услышать на обычном приемнике; вы просто услышите слабое затихание фонового шума при передаче сигналов CW. Чтобы решить эту проблему, коротковолновые и любительские радиоприемники включают в себя генератор с частотой биений . (BFO) цепь.Схема BFO создает внутреннюю вторую несущую, которая «бьет» по принятому CW-сигналу, создавая тон, который включается и выключается синхронно с полученным CW-сигналом. Вот так сигналы кода Морзе принимаются на коротких волнах.

Амплитудная модуляция (AM)

При амплитудной модуляции сила (амплитуда) несущей от передатчика равна варьируется в зависимости от того, как изменяется модулирующий сигнал.

Когда вы говорите в микрофон передатчика AM, микрофон преобразует ваше голос в переменное напряжение.Это напряжение усиливается, а затем используется для изменения силы выхода передатчика. Амплитудная модуляция добавляет мощности несущей, при этом количество добавляется в зависимости от силы модулирующего напряжения. Амплитудная модуляция приводит к передаче трех отдельных частот: исходная несущая частота, нижняя боковая полоса (LSB) ниже несущей частота и верхняя боковая полоса (USB) выше несущая частота.Боковые полосы являются «зеркальным отображением» друг друга и содержат такой же разум. Когда принимается сигнал AM, эти частоты объединены, чтобы произвести звуки, которые вы слышите.

Каждая боковая полоса занимает столько частотного пространства, сколько самая высокая звуковая частота передан. Если самая высокая передаваемая звуковая частота составляет 5 кГц, тогда общая частотное пространство, занятое AM-сигналом, будет 10 кГц (несущая занимает незначительную частотное пространство).

AM имеет преимущества простоты изготовления в передатчике, а приемники AM простой по конструкции. Его главный недостаток — неэффективность. Около двух третей AM мощность сигнала сосредоточена в носителе, который не содержит интеллекта. Треть мощности находится в боковых полосах, которые содержат интеллект сигнала. Поскольку боковые полосы содержат тот же интеллект, однако один, по сути, «потрачен впустую». Из общей выходной мощности передатчика AM только около одной шестой фактически продуктивный, полезный выход!

Другие недостатки AM включают относительно широкий диапазон частот AM. сигнал занимает и его восприимчивость к статическим и другим формам электрических помех.Несмотря на это, AM легко настраивается на обычные приемники, поэтому его используют для почти все коротковолновое вещание.

Одна боковая полоса (SSB)

Поскольку в AM тратится очень много энергии, радиоинженеры разработали метод передачи только одна боковая полоса и направить всю мощность передатчика на отправку полезной информации. Этот метод известен как single sideband (SSB). В Передатчики SSB, несущая и одна боковая полоса удаляются перед усилением сигнала.Либо верхняя боковая полоса (USB), либо нижняя боковая полоса (LSB) исходного AM-сигнала может передаваться.

SSB — гораздо более эффективный режим, чем AM, поскольку вся мощность передатчика уходит в передачу полезного интеллекта. Сигнал SSB также занимает лишь около половины частотное пространство сопоставимого AM-сигнала. Однако передатчики и приемники SSB далеки сложнее, чем для AM. Фактически, сигнал SSB не может быть получен внятно. на приемнике AM; сигнал SSB будет иметь сильно искаженный «Дональд Дак» звук.Это связано с тем, что несущая AM-сигнала действительно играет важную роль в демодуляции (то есть восстановление переданного звука) боковые полосы AM-сигнала. Чтобы успешно демодулируйте сигнал SSB, вам нужна «замещающая несущая».

Замещающая несущая может быть предоставлена ​​схемой генератора частоты биений (BFO) используется при приеме сигналов CW. Однако это означает, что сигнал SSB должен быть тщательно настроен на то, чтобы точно «обыграть» его против запасного носителя от BFO.За лучшая производительность, SSB-приемник требует более точной настройки и стабильности, чем AM приемник, и он должен быть настроен более тщательно, чем приемник AM. Даже когда именно настроенный, качество звука сигнала SSB ниже, чем у сигнала AM.

SSB используется в основном радиолюбителями, военными, морскими и авиационными радиослужбы и другие ситуации, когда опытные операторы и качественный прием оборудование обычное.Было проведено несколько экспериментов по использованию SSB на коротких волнах. вещания, но AM остается предпочтительным режимом для вещания из-за его простота.

Частотная модуляция (FM)

В CW, AM и SSB несущая сигнала не изменится в нормальном режиме работы. передатчик. Однако можно модулировать сигнал, изменяя его частоту в в соответствии с модулирующим сигналом. Это идея частоты модуляция (FM).

Немодулированная частота FM-сигнала называется его центром . частота . Когда применяется модулирующий сигнал, FM-передатчик частота будет колебаться выше и ниже центральной частоты в зависимости от модулирующего сигнал. Величина «качания» частоты передатчика в любом направлении выше или ниже центральной частоты называется ее отклонение . Общее частотное пространство, занимаемое FM-сигналом, вдвое превышает его отклонение.

Как вы могли догадаться, FM-сигналы занимают много частотного пространства. Отклонение радиовещательной FM-станции составляет 75 кГц, для общего частотного диапазона 150 кГц. Большинство других пользователи FM (полиция и пожарные части, бизнес-радио и т. д.) используют отклонение 5 кГц, для всего занятого частотного пространства 10 кГц. По этим причинам FM в основном используется на частоте выше 30 МГц, где имеется достаточное частотное пространство. Вот почему большинство радиостанций-сканеров могут принимать только FM-сигналы, так как большинство сигналов, обнаруженных выше 30 МГц, являются FM.

Большим преимуществом FM является качество звука и невосприимчивость к шумам. Большинство форм статические и электрические шумы естественно являются AM, и FM-приемник не будет реагировать на AM сигналы. FM-приемники также обладают характеристикой, известной как захват эффект . Если два или более FM-сигналов находятся на одной частоте, FM приемник будет реагировать на самый сильный из сигналов и игнорировать остальные. Аудио качество FM-сигнала увеличивается с увеличением его отклонения, поэтому FM-вещание станции используют такое большое отклонение.Главный недостаток FM — это количество частот пространство, которое требуется сигналу.

Частотная манипуляция (FSK)

Как и FM, частотная манипуляция (FSK) сдвигает несущую частоту передатчика. Однако, в отличие от FM, FSK сдвигает частоту между двумя отдельными фиксированными точками. Более высокая частота называется частотой отметки , а нижняя из двух частоты называется частотой пространства .(Напротив, FM-сигнал может колебаться до любой частоты в пределах своего диапазона отклонения.)

FSK был первоначально разработан для отправки текста через устройства радиотелепечатной печати, подобные тем, которые используются корпорацией TeleType. Этот режим, часто называемый радиотелетайпом или RTTY, включает в себя сдвиг несущей между меткой и пробелом для генерации символов в коде Бодо , который можно рассматривать как более сложную версию кода Морзе. В приемнике сигналы Бодо использовались для печати текста на принтерах, а затем и на видеоэкранах.

Итак, какие режимы используются сейчас?
Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны разделить использование этих режимов на две части: те, которые используются радиолюбителями, и те, которые используются практически всеми остальными. С самого начала следует отметить, что есть места, где эти две группы перекрываются, но в основном используют один и тот же режим, но в разных приложениях.

Сообщество радиолюбителей (радиолюбителей) — это легкое место для начала. Режимы, используемые радиолюбителями, никогда не могут быть зашифрованы каким-либо образом.Это и закон, и здравый смысл. В конце концов, если вы единственный, кто может передавать цифровой сигнал и иметь ключ, то с кем вы собираетесь разговаривать?

Однако данные, используемые радиолюбителями, могут быть закодированы. Любительскому сообществу доступно множество цифровых режимов. На момент написания этой статьи число пользователей режима пониженного энергопотребления, известного как FT8 , постоянно растет. Если вы хотите познакомиться с миром цифрового любительского радио, ознакомьтесь со статьей HF Digital Amateur Radio на вики RadioReference.

Теперь мы переходим в мир , а не -ham; в основном все остальные. Есть множество режимов, которые никогда не скопируют средний любитель; они используют схемы шифрования и другие методы, чтобы сделать свои сигналы нечитаемыми, кроме как для намеченной цели. Однако есть несколько режимов, которые можно скопировать. Вот несколько популярных:

ALE означает автоматическое установление связи. Также известен как MIL-STD-188-141A. Безусловно, это наиболее используемый режим во всем мире; даже радиолюбители используют это.Это режим сигнализации, который используется для проверки пути распространения между 2 или более станциями. Иногда также отправляются короткие сообщения

ФАКС Хотя больше не используется для фотографий в прессе, карты погоды по-прежнему рассылаются многочисленными станциями по всему миру. Кроме того, японские рыболовецкие флотилии получают сводки новостей по факсу (на японском языке).

HFDL Подставка для HF DataLink; это название звучит неправильно, так как существует много режимов, которые можно описать таким образом.Наиболее известный протокол основан на протоколах ARINC 635 и используется самолетами для передачи определенных данных на наземную станцию. По всему миру существует множество наземных станций, некоторые из которых находятся в странах, которые иначе трудно услышать.

SITOR- B Также известен как режим AMTOR B. Очень популярный режим NAVTEX основан на этих протоколах. Часто используется станциями по всему миру для получения морской информации как на длинноволновых, так и на ВЧ каналах.

Куда мне обратиться, чтобы узнать больше?
Использование на любительских станциях режимов, подобных приведенным выше, и многих других регулярно сообщается на форуме Utility DXers Forum (UDXF).Это специальный список рассылки, созданный после закрытия известной группы Worldwide Utility News. У них есть собственный веб-сайт, и на этой странице есть много ссылок, включая образцы аудио из многих режимов.

Вы можете гораздо больше узнать об использовании ВЧ цифрового сигнала (а также о некотором использовании LW), прочитав статьи DXing Digital Utilities на вики RadioReference. В главе 6 (Ссылки) есть многочисленные ссылки на исходные материалы, включая веб-сайты с дополнительными аудио-образцами.Вы также найдете обширный список программного обеспечения, которое может декодировать многие режимы в главе 2 (Как мне декодировать сигнал, который я нахожу на ВЧ?).

Модуляция Непрерывная модуляция (CW) AM Угловая модуляция FM PM Импульсная модуляция Аналоговая импульсная модуляция PAMPPMPDM Цифровая импульсная модуляция DMPCM

Глава 5 Импульсная модуляция

Аналоговая импульсная модуляция Введение

Введение

Введение

Импульсная амплитудная модуляция (PAM)

Импульсная амплитудная модуляция (PAM)

Импульсно-амплитудная модуляция (PAM)

PDM и PPM

Цифровая импульсная модуляция Цифровая импульсная модуляция Цифровая импульсная модуляция бывает двух типов: Импульсно-кодовая модуляция (PCM) Дельта-модуляция (DM) Процесс дискретизации который мы уже обсуждали на начальных слайдах, также используется в цифровой импульсной модуляции. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) ИКМ — это самая основная форма цифровой импульсной модуляции.В PCM сигнал сообщения представлен последовательностью закодированных импульсов, что достигается путем представления сигнала в дискретной форме как по времени, так и по амплитуде. Основные операции, выполняемые в передатчике системы PCM, — это выборка, квантование и кодирование.

Основные элементы системы PCM Перед тем, как взять образец, мы должны отфильтровать сигнал, чтобы ограничить максимальную частоту сигнала, поскольку это влияет на частоту дискретизации. Фильтрация должна гарантировать, что мы не искажаем сигнал, т.е.е. удалить высокочастотные составляющие, влияющие на форму сигнала.

Сэмплер Сэмплер дискретизирует входной аналоговый сигнал в непрерывном времени с частотой дискретизации fs (= 1 / Ts sec). Существует 3 метода дискретизации: Идеальный — импульс в каждый момент дискретизации; Естественный — импульс короткой длительности с переменной амплитудой; Плоский — образец. и удерживайте, как естественный, но с одним значением амплитуды

Процесс квантования Аналоговый сигнал имеет непрерывный диапазон амплитуд, и поэтому его выборки имеют непрерывный диапазон амплитуд.При квантовании сигнал с непрерывной амплитудой может быть аппроксимирован сигналом, построенным из дискретных амплитуд, выбранных на основе минимальной ошибки из доступного набора.

Квантователь Результаты дискретизации представляют собой серию импульсов с различными значениями амплитуды в диапазоне между двумя пределами: минимальным и максимальным. Значения амплитуды бесконечны между двумя пределами. Нам необходимо сопоставить бесконечные значения амплитуды с конечным набором известных значений. Это достигается разделением расстояния между минимальным и максимальным значениями на L зон, каждая из которых имеет высоту = (max — min) / L

Уровни квантования Середине каждой зоны присваивается значение от 0 до L-1 (в результате получается L значений. ) Каждый образец, попадающий в зону, затем приближается к значению средней точки.

Зоны квантования Предположим, у нас есть сигнал напряжения с усилителями Vmin = -20V и Vmax = + 20V. Мы хотим использовать L = 8 уровней квантования. Ширина зоны = (20 — -20) / 8 = 5, 8 зон: -20 до -15, от -15 до -10, от -10 до -5, от -5 до 0, от 0 до +5, от +5 до +10, от +10 до +15, от +15 до +20 Средние точки: -17,5, — 12,5, -7,5, -2,5, 2,5, 7,5, 12,5, 17,5

Ошибка квантования При квантовании сигнала мы вносим ошибку — кодированный сигнал является приближением фактического значения амплитуды. Указывается разница между фактическим и средним значением. как ошибку квантования.Чем больше зон, тем меньше и меньше ошибок.

Кодирование При объединении процесса дискретизации и квантования спецификация аналогового сигнала непрерывного времени ограничивается дискретным набором значений. Представление каждого из этого дискретного набора значений в виде кода, называемого процессом кодирования. Код состоит из ряда элементы кода, называемые символами. При двоичном кодировании символ принимает одно из двух различных значений. при троичном кодировании символ может иметь одно из трех различных значений и так далее для других кодов.Присвоение кодов зонам Каждой зоне назначается двоичный код. Двоичный код состоит из битов. Количество битов, необходимых для кодирования зон, или количество битов на выборку, получается следующим образом: nb = log2 L В нашем примере nb = 3 Таким образом, 8 кодов зон (или уровней): 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111 Присвоение кодов зонам: 000 будет относиться к зоне от -20 до -15001, к зоне от -15 до -10 и т. Д.

Кодирование строки Любой из нескольких кодов строки может использоваться для электрического представления потока двоичных данных.Примеры линейного кодирования: RZ, NRZ и Manchester

210tx (t) Рассмотрим аналоговый сигнал x (t) .210nX (nTs) Сначала выполняется выборка сигнала dTs2468n102, разделяя диапазон на 4 зоны и присваивая квантованные значения от 0 до 3 среднему значению 0123

nПриблизительное значение амплитуды выборки к квантованным значениям. 0123nКаждой зоне назначается двоичный код 012300011011n01230001101100000101111111Биты последовательности для выборок онлайн скачать

Презентация на тему: «Экспоненциальная модуляция CW» — стенограмма презентации:

1 Экспоненциальная модуляция CW
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc.Разрешение, необходимое для воспроизведения или отображения. Глава пятая Экспоненциальная модуляция CW

2 Вращающееся векторное изображение экспоненциальной модуляции.
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc. Для воспроизведения или отображения требуется разрешение. Вращающееся векторное представление экспоненциальной модуляции Рисунок 5.1-1

3 Иллюстративные формы сигналов AM, FM и PM
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc.Разрешение, необходимое для воспроизведения или отображения. Иллюстративные формы сигналов AM, FM и PM Рисунок 5.1-2.

4 NBFM с тональной модуляцией (a) Линейный спектр; (б) Векторная диаграмма
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc. Для воспроизведения или демонстрации требуется разрешение. NBFM с тональной модуляцией (а) Линейный спектр; (b) Векторная диаграмма Рис. 5.1-4.

5 Авторские права © McGraw-Hill Companies, Inc.
Авторские права © McGraw-Hill Companies, Inc.Разрешение, необходимое для воспроизведения или отображения. Линейные спектры с тональной модуляцией (а) ЧМ или ФМ с фиксированным ƒm; (b) FM с фиксированным Amƒ Рисунок 5.1-7.


6 Векторная диаграмма FM для произвольного 
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc. Для воспроизведения или демонстрации требуется разрешение. Векторная диаграмма FM для произвольного  Рисунок 5.1-8

7 Авторские права © McGraw-Hill Companies, Inc.
Авторские права © McGraw-Hill Companies, Inc.Разрешение, необходимое для воспроизведения или отображения. Схемы нелинейной обработки: а) ограничитель амплитуды; (b) умножитель частоты Рисунок 5.2-6

8 Непрямой FM-передатчик
Авторские права © McGraw-Hill Companies, Inc. Для воспроизведения или демонстрации требуется разрешение. Непрямой FM-передатчик Рисунок 5.3-5.

9 Фазорная диаграмма мешающих носителей
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc.Разрешение, необходимое для воспроизведения или отображения. Фазорная диаграмма мешающих носителей Рисунок 5.4-1

10 Эффект захвата FM Рис. 5.4-6.
Copyright © McGraw-Hill Companies, Inc. Для воспроизведения или демонстрации требуется разрешение. Рисунок 5.4-6 Эффект захвата FM

Лучшая цена на модуляцию cw — отличные предложения на модуляцию cw от глобальных продавцов модуляции cw

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для непрерывной модуляции.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, которые предлагают быструю доставку, надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как эта верхняя модуляция непрерывной модуляции в кратчайшие сроки станет одним из самых популярных бестселлеров. Подумайте, как вы, друзья, будете завидовать, когда скажете им, что приобрели CW-модуляцию на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в непрерывной модуляции и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

И, если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести cw modulation по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните лучший опыт покупок прямо здесь.

Профили модуляции восходящего потока для линейных кабельных карт

Профили модуляции определяют, как информация будет передаваться в восходящем направлении от кабельного модема к работающей системе завершения модема (CMTS). Многие переменные профиля модуляции восходящего потока могут быть изменены, например, защитное время пакета, преамбулы, модуляция (квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) или 16-квадратурная амплитудная модуляция (QAM)) и защита от прямого исправления ошибок (FEC).Cisco создала три профиля по умолчанию: QPSK, 16-QAM и mix, чтобы избежать путаницы, однако в зависимости от приложения могут потребоваться изменения. Спецификация интерфейса службы передачи данных по кабелю (DOCSIS) 2.0 добавила 8, 32 и 64-QAM к вариантам модуляции восходящего потока. Это известно как расширенный доступ с мультиплексированием с временным разделением (ATDMA). DOCSIS 2.0 также добавляет мультиплексирование с синхронным кодовым разделением (SCDMA), которое будет иметь свои собственные профили по умолчанию, когда они будут предложены в будущем.

Cisco выполнила обширную инженерную программу для правильного кодирования правильных профилей (на основе восходящего физического уровня и типа карты) непосредственно в Cisco IOS®.Клиентам больше не нужно вручную вводить рекомендации из этого документа. Различия в 15BC1 были исследованы, протестированы в лаборатории и признаны правильными. Их не нужно менять. Эти различия также верны для карты MC5x20 из-за того, что она использует T1 PHY вместо Broadcom PHY, который используют все другие карты. Новый чип Broadcom, используемый в MC28U, также имеет другие требования, чем старый чип.

В этой таблице перечислены номера профилей модуляции, которые используются для определенных карт в определенных режимах.

Номера профилей Линейные карты Режим DOCSIS
1-10 MC28C и 16C / S TDMA
21-30 MC5x20S TDMA
121-130 MC5x20S TDMA-ATDMA
221-230 MC5x20S ATDMA
41-50 MC28U TDMA
141-150 MC28U TDMA-ATDMA
241-250 MC28U ATDMA

Первое число всегда является профилем модуляции по умолчанию для этого типа карты в определенном режиме DOCSIS.Даже если 5×20 говорит, что использует профиль 1, на самом деле это не так. По умолчанию это профиль 21. В коде 15BC2 вы можете ввести команду sh cab modualtion-profile cx / y uz , чтобы увидеть, что действительно используется. Кроме того, уникальное слово (UW) не используется для микросхемы TI.

Этот проект оптимизации также изменил размер мини-слота по умолчанию с 64 символов до минимального требования в 32 символа. Это делает размер минислота 8 байтов при использовании QPSK, 16 байтов при использовании 16-QAM и 24 байта при использовании 64-QAM.Одно предостережение — максимальная скорость передачи от кабельного модема ограничена 255 минислотами. Если минислот равен 8 байтам, то максимальный пакет от кабельного модема может составлять только 255 * 8 = 2040 байтов. Это включает в себя все накладные расходы PHY, а также накладные расходы на фрагментацию. Если вы пытаетесь разрешить одиночным модемам иметь высокую пропускную способность в США, рекомендуется использовать более крупную настройку мини-слота, чтобы удовлетворить максимальным параметрам пакетной передачи в файле конфигурации кабельного модема. Если у старых модемов возникают проблемы при использовании 8-байтовых минислотов, удвойте размер минислота.

Примечание: Между последовательностями и версиями программного обеспечения Cisco IOS могут быть небольшие различия. Код на основе DOCSIS 1.1 (поезд BC) использует сокращенное последнее кодовое слово (CW) в качестве настройки по умолчанию для предоставления коротких и длинных данных. Код на основе 1.0 (поезд EC) использует фиксированный последний CW как настройку по умолчанию для этих грантов. Если модемы не могут зарегистрироваться и застревают на init (d), возможно, кабельному модему не нравится профиль короткого предоставления, который используется для предложений DHCP. Код на основе DOCSIS 1.0 (поезд EC) использует фиксированный последний CW в качестве настройки по умолчанию.

Исходные профили модуляции по умолчанию могут быть неэффективными в зависимости от используемого расширенного заголовка DOCSIS. Эти профили модуляции оптимизированы для пятибайтовых расширенных заголовков. Неэффективность возникает, когда модемы Cisco добавляют один дополнительный нулевой байт к расширенному заголовку (модемы Cisco делают это для равномерного выравнивания по границе слова). Это может иметь серьезные последствия. Не очевидно, влияет ли это только на модемы Cisco; например, модемы Toshiba используют пятибайтовые расширенные заголовки. Требуется дополнительное тестирование с несколькими поставщиками.

Примечание: Запросы на объединение полосы пропускания требуют расширенного заголовка, а также требуется расширенный заголовок, если используется базовый интерфейс конфиденциальности плюс безопасность (BPI +).

Совет: Если профиль модуляции не назначен явно, каждому восходящему порту на Cisco CMTS по умолчанию назначается профиль модуляции 1 (QPSK). Можно настроить до восьми профилей. Рекомендуется не изменять профиль модуляции 1. Если требуется больше профилей, начните с номера 2.

Требования

Для этого документа нет особых требований.

Используемые компоненты

Этот документ не ограничивается конкретными версиями программного и аппаратного обеспечения.

Информация в этом документе была создана на устройствах в специальной лабораторной среде. Все устройства, используемые в этом документе, были запущены с очищенной (по умолчанию) конфигурацией. Если ваша сеть активна, убедитесь, что вы понимаете потенциальное влияние любой команды.

Условные обозначения

Дополнительные сведения об условных обозначениях см. В разделе «Условные обозначения технических советов Cisco».

Чтобы понять профили модуляции, вам необходимо понять импульсы США. На этом изображении показано, как выглядит вспышка в США.

Кабельный модем может взорваться, чтобы сделать запрос, выполнять техническое обслуживание станции каждые 20 секунд или около того, отправлять короткие пакеты данных, отправлять длинные пакеты данных, выполнять начальное обслуживание для подключения к сети и т. Д.Пакетный сигнал США начинается с преамбулы и заканчивается некоторым защитным временем. Преамбула — это способ синхронизации CMTS и кабельного модема. Broadcom включает UW в конце преамбулы для дополнительной синхронизации. Защитная полоса используется, чтобы несколько пакетов не перекрывались друг с другом. Фактические данные между преамбулой и защитной полосой состоят из кадров Ethernet и служебных данных DOCSIS, которые были разрезаны на FEC CW, с FEC, добавленным к каждому CW.

Это изображение является результатом выполнения команды debug на кабельном модеме Cisco, которая показывает шаблон преамбулы.

Образец CC в шестнадцатеричном формате эквивалентен 1100–1100. Шаблон преамбулы F3 F3 в шестнадцатеричном формате эквивалентен 1111 0011-1111 0011.

На этом рисунке показаны длина и смещение преамбулы. Смещение рассчитывается на основе длины и UW, которые задаются в профиле модуляции.

На этом рисунке показана фактическая преамбула, используемая для всего шаблона. Вы можете увидеть преамбулу, используя устойчивый шаблон F3 F3, но в конце используется шаблон UW из 33 F7.

Шаблон UW 33 F7 в шестнадцатеричном формате эквивалентен 0011 0011-1111 0111.

Это изображение созвездия преамбулы QPSK.

Это изображение созвездия преамбулы 16-QAM.

Преамбула представляет собой очень стабильную комбинацию между двумя различными состояниями, и ее можно рассматривать как двухфазную манипуляцию (BPSK). Вот почему преамбула используется для измерений уровня США в режиме нулевого диапазона.В конце преамбулы стоит UW.

Это изображение созвездия QPSK UW.

Это изображение созвездия 16-QAM UW.

Этот раздел включен, чтобы обеспечить понимание преамбулы и UW, так как он очень сильно влияет на модуляцию и на то, отбрасываются ли пакеты или нет. При использовании 16-QAM с Broadcom UW должно быть 16 вместо предыдущего значения по умолчанию 8. Более подробная информация об этом будет рассмотрена позже в этом документе.

Выполните эти шаги, чтобы настроить профиль модуляции.

  1. В глобальной конфигурации введите команду cable modulation-profile 1 qpsk .

  2. В соответствующем интерфейсе (кабель 3/0) введите команду для восходящего кабеля 0, профиль модуляции 1, . Или оставьте поле пустым, так как по умолчанию используется профиль модуляции 1.

  3. Фактический профиль при вводе и просмотре в команде show run показан в таблице ниже.Однако могут отображаться только коды использования коротких и длинных интервалов (IUC) для профиля 1.

    Исходный неэффективный профиль
    IUC байтов FEC T FEC CW Макс B Guard Time Мод Тип Схватка Семя схватки Diff Enc Длина преамбулы Последний CW UW
    кабель модуляции — профиль 1 короткий 5 75 6 8 QPSK скремблер 152 без различия 72 фиксированный UW8
    кабель модуляции — 1 длинный профиль 8 220 0 8 QPSK скремблер 152 без различия 80 фиксированный UW8

Команда show cable modulation-profile выдает выходные данные, показанные в таблице ниже.

Мод IUC Тип Длина преамбулы Diff Enco байтов FEC T FEC CW Семя схватки Макс B Guard Time Последний CW Скремблер Смещение преамбулы
1 Запрос QPSK 64 0x0 0x10 0x152 0 8 Есть 952
1 Начальный QPSK 128 0x5 0x22 0x152 0 48 Есть 896
1 станция QPSK 128 0x5 0x22 0x152 0 48 Есть 896
1 Короткий QPSK 72 0x5 0x4B 0x152 6 8 Есть 944
1 длинный QPSK 80 0x8 0xDC 0x152 0 8 Есть 936

Как видите, поля находятся в разных местах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.