Что такое модулятор и демодулятор

Модем — «модулятор-демодулятор» (ликбез).

Модем — «модулятор-демодулятор» (ликбез).

Чтобы передающее и принимающее устройства «понимали» друг друга, они должны использовать один и тот же метод модуляции. Как правило, при различных скоростях передачи данных используются разные методы модуляции, но иногда передача данных с одной и той, же скоростью тоже может осуществляться с помощью различных методов модуляции.

К основным характеристикам модема относятся:

максимальная скорость передачи данных, измеряемая в Кбит /сек или бод:

поддерживаемые протоколы работы:

возможность работы модема как факса:

наличие голосовых функций.

протоколы взаимодействия и модуляции ;

протоколы сжатия данных;

протоколы коррекции ошибок.

В протоколах взаимодействия описан порядок взаимодействия модемов между собой. В них указывается, что должен сообщить о себе вызывающий модем, и что должен ответить вызываемый модем. Согласно протоколу взаимодействия оба модема вступают в диалог и обмениваются параметрами, необходимыми для создания надежного и максимально производительного соединения.

Средства удаленного доступа широко используются при осуществлении связей между удаленными компьютерами и при обеспечении телекоммуникаций в вычислительных сетях. К числу простых телекоммуникационных устройств, которые к тому же характеризуются невысокой стоимостью, относятся модемы. Программное обеспечение модема ( firmware ) хранится в ПЗУ ( EPROM ) или флэш-памяти. Такое построение позволяет относительно легко наращивать функциональные возможности модема перезаписью его программного кода. Некоторые модемы имеют в своем составе оперативную память значительного размера, позволяя в автономном режиме принимать факсимильные и голосовые сообщения, которые сохраняются для дальнейшей обработки.

Физическое соединение модема с телефонной коммутируемой линией обеспечивается через разъем RJ 11, в современных модемах также можно найти реализацию много линейных телефонных систем ( Key Telephone System ) через разъемы RJ 12, RJ 13, а также поддержку работы на четырехпроводных выделенных линиях RJ 45, JM 8. На входе линии защищаются от перенапряжения варистором, который резко уменьшает свое сопротивление при напряжении 400. 500В. Второй каскад быстродействующей защиты, которые устанавливается во вторичную обмотку трансформатора, реализован на встречно включенных стабилитронах (рис. 1). Во входных цепях интерфейса предусмотрена, зашита линии от радиопомех, излучаемых модемом. Эта зашита, выполняется на обычных LC фильтрах. Для коммутируемых линий поддерживаются функции импульсного набора номера, «отбоя» (постоянный ток менее 0,5 мА и «Удержания линии» постоянный ток более 8 мА). Наиболее универсальна реализация, в которой набор номера выполняет реле, а постоянный ток протекает через трансформатор.

Рис. 1.

Узел фиксации телефонных звонков реализован на высоковольтной емкости, резисторе, стабилитроне и светодиодной оптронной развязке. Важным требованием к интерфейсу с линией является обеспечение симметричности входа и его гальваническая развязка. Для уменьшения зависимости импеданса от частоты используются трансформаторы с емкостной развязкой по переменному току, а параллельно вторичной обмотке трансформатора устанавливают дополнительную емкость. Входное сопротивление в 600 Ом обеспечивается нагрузочным резистором.

Источник

Модулятор. Демодулятор

Лекция 4. Усилители

Управление исполнительным органом в САР может осуществляться с помо­щью различных усилительных элементов. В качестве усилителей могут применяться электронные, магнитные, пневматические, гидравлические усилители и их сочетание. Выбор типа усилителя определяется типом измерительного преобразователя, типом и мощностью исполнительного органа.

Применение модулятора необходимо для согласования входа системы (измерительный преобразователь постоянного тока) с ее выходом (двигатель переменного тока). Модулятор включается в систему до усилителя напряжения.

В усилителях, предназначенных для управления двигателем постоянного или переменного тока, конечной ступенью является усилитель мощности. Если маломощная система, то применяется усилитель мощности электронный, для получения большой мощности используются магнитные усилители, электромагнитные усилители.

Для согласования усилителя напряжения и усилителя мощности необходим демодулятор, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, необходимое для питания обмоток управления, допустим, магнитного усилителя.

То есть усилительное устройство, предназначенное для управления исполнительным органом, не только усиливает сигнал, но и преобразует его. В общем случае, в усилитель входят усилитель напряжения, усилитель мощности, модулятор, демодулятор.

Модулятор. Демодулятор

По принципу действия различают коммутационные и балансные модуляторы. В коммутационных модуляторах модуляция осуществляется коммутатором вибрационного типа.

В балансных модуляторах используется принцип нарушения баланса схемы при подаче на вход постоянного напряжения.

Но применяемым элементам различают модуляторы электромеханические (использую реле), электронные (на полупроводниках), магнитные (на основе магнитных усилителей).

Модулятор обычно характеризуют зависимостью напряжения на выходе от напряжения постоянного тока на входе, величиной постоянной времени, наличием высших гармоник в выходном напряжении. Выходной сигнал модулятора равен:

(4.1)

Из (4.1) следует, что модулятор умножает сигнал f(t) на гармоническую функцию (sin ω_оt). Но это в идеальном случае. Реально же сигнал f(t) умножается на некоторую периодическую функцию m(t), период которой определяется несущей частотой, форма волны отличается от гармонической. Реальный выходной сигнал равен:

(4.2)

Периодическую функцию m(t) можно представить рядом Фурье:

(4.3)

Тогда выходной сигнал равен:

(4.4)

Из (4.4) следует, что на входе модулятора присутствуют составляющие высоких и низких частот; составляющие высших гармоник, составляющие частоты сигнала информации. Для выделения сигнала (4.1) используют полосовые фильтры, полоса пропускания которых зависит от максимально возможной частоты сигнала f(t).

Демодулятор выполняет функции, обратные модулятору, то есть преобразует переменный сигнал в постоянный, причем напряжение постоянного тока пропорционально по величине входному сигналу, полярность определяется фазой входного напряжения переменного тока.

Демодулировать cигнал можно, умножив на sint, то есть если на вход демо­дулятора поступает сигнал

то на выходе демодулятора имеем

(4.5)

Восстановленный сигнал содержит информацию и гармоники несущей часто­ты. Для выделения сигнала информации и подавления гармоник на выходе демодулятора ставится фильтр низких частот.

Магнитные усилители

Основными характеристиками магнитного усилителя являются зависимость амплитуды выходного тока (тока нагрузки) от величины подмагничивающего (управляющего) тока; коэффициент усиления по току, коэффициент усиления по мощности.

Зависимость тока нагрузки от тока в подмагничивающей обмотке называется нагрузочной характеристикой магнитного усилителя (рис. 4.1). При отсутствии тока в обмотке управления ток нагрузки минимален и называется током холостого хода.

(4.6)

(4.7)

Рис. 4.1. Нагрузочная характеристика магнитного усилителя

Для увеличения коэффициента усиления используют магнитные материалы, у которых магнитная проницаемость резко меняется при изменении подмагничиващего ноля, повышают частоту источника питания; используют обратную положи­тельную связь.

На рис. 4.2 приведены нагрузочные характеристики магнитного усилителя с обратной связью для различных значений коэффициента усиления К_ос. При возрастании К_ос возрастает крутизна ветви с положительной обратной связью, следовательно, увеличивается коэффициент усиления К. При увеличении К_ос увеличивается ток холостого хода.

Рис. 4.2. Нагрузочные характеристики магнитного усилителя

На практике используются дифференциальные, мостовые, трансформаторные магнитные усилители.

Источник

Модулятор

Содержание

Модуля́тор (лат. modulator — соблюдающий ритм) — устройство, изменяющее параметры несущего сигнала в соответствии с изменениями передаваемого (информационного) сигнала. Этот процесс называют модуляцией, а передаваемый сигнал модулирующим. [1]

Виды модуляторов

По виду управляемых параметров модуляторы делятся на амплитудные, частотные, фазовые, квадратурные, однополосные и т.д. Если несущими являются импульсные сигналы, то их модулируют с помощью амплитудно-импульсных, частотно-импульсных, время-импульсных и широтно-импульсных модуляторов. Качество работы модуляторов определяется линейностью его модуляционных характеристик.

Применение

Модулятор является одной из составных частей передающих устройств радиосвязи, радио- и телевещания. Здесь несущими являются высокочастотные гармонические колебания, а модулирующими — колебания звуковой частоты и видеосигналы. Также применяют в радиолокации, системах кодово-импульсной связи, телеуправления и телеметрии. Модуляторы, преобразующие постоянные напряжения в переменные, применяются в усилителях постоянного тока и нуль-органах, работающих по принципу модуляции — демодуляции, для устранения дрейфа нуля и повышения чувствительности аналоговых вычислительных устройств. Устройство, работающее по принципу модулятор-демодулятор, называется модем.

См. также

Примечания

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Модулятор» в других словарях:

модулятор — Устройство, накладывающее передаваемый сигнал на несущую частоту. [http://www.morepc.ru/dict/] модулятор [IEV number 151 13 67] EN modulator non linear device for constraining a characteristic quantity of an oscillation or wave to follow the… … Справочник технического переводчика

МОДУЛЯТОР — МОДУЛЯТОР, составная часть передающих устройств, осуществляющая наложение сигналов передаваемых сообщений на генерируемые передатчиком гармонические колебания в каком либо диапазоне радиочастот (несущих частот), т.е. модуляцию колебаний.… … Современная энциклопедия

МОДУЛЯТОР — составная часть передатчика в каналах электросвязи, оптической и звуковой (подводной) связи, оптических звукозаписывающих, оптоэлектронных и др. устройств, с помощью которой осуществляется управление параметрами гармонических электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь

МОДУЛЯТОР — МОДУЛЯТОР, модулятора, муж. (кино). Прибор для записывания звука на звуковой кинопленке фотографическим путем (см. модуляция в 3 знач.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

модулятор — сущ., кол во синонимов: 5 • подмодулятор (1) • радиомодулятор (1) • светомодулятор … Словарь синонимов

модулятор — а, м. modulateur m., нем. Modulator <лат. modulatio. Прибор для записывания звука на звуковой кинопленке фотографическим путем. Уш. 1938. спец. Прибор, модулирующий колебания (в радиопередатчиках, киноаппаратах). Лекс. Уш. 1938: модуля/тор … Исторический словарь галлицизмов русского языка

МОДУЛЯТОР — Устройство, изменяющее параметры несущего сигнала в соответствии с изменениями передаваемого (информационного) сигнала. Этот процесс называют модуляцией, а передаваемый сигнал модулирующим Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов

Модулятор — МОДУЛЯТОР, составная часть передающих устройств, осуществляющая наложение сигналов передаваемых сообщений на генерируемые передатчиком гармонические колебания в каком либо диапазоне радиочастот (несущих частот), т.е. модуляцию колебаний.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

МОДУЛЯТОР — устройство, осуществляющее процесс (см.) колебаний, т.е. производящее изменение каких либо параметров колебаний (амплитуды, частоты млн. фазы) соответственно изменениям моделирующего сигнала. М. применяется в радиопередатчиках, звуковых… … Большая политехническая энциклопедия

модулятор — 2.4 модулятор: Элемент, предназначенный для изменения силы (сил) торможения в зависимости от сигнала, полученного от регулятора. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Владимир Леонидов

Визитная карточка

Модуляция и демодуляция цифровых сигналов — конспект лекции

Введение

Передача информации в современном мире нас окружает повсюду: мобильная связь, интернет, управление воздушным движением и многое другое. Как правило, в качестве “переносчика” информации выступает высокочастотное колебание: 2.4 ГГц и 5 ГГц для Wi-Fi, 2.6 ГГц и другие для 4G, 1030 МГц и 1090 МГц для обмена данными с воздушными судами и т.д. Эти колебания (частоты) называются несущими. Как, используя несущую частоту, закодировать данные? Как передать или получить “0” или “1”? На эти вопросы мы и постараемся ответить.

Процесс изменения одного или нескольких параметров модулируемого несущего сигнала при помощи модулирующего сигнала называется модуляцией.

В рамках данной лекции мы рассмотрим следующие виды модуляции:

Амплитудная манипуляция (ASK)

Амплитудная манипуляция — манипуляция, при которой скачкообразно изменяется амплитуда несущего сигнала в зависимости от закодированного сообщения.

Результат выполнения скрипта показан ниже:

Амплитудная манипуляция

Из рисунка видно, что амплитуда несущего (модулированного) сигнала — синий график — повторяет форму модулирующего сигнала — оранжевый график.

Сигнальное созвездие ASK-модулированного сигнала

Т.к. мнимая часть равна нулю, мы видим два скопления точек вдоль действительной оси: одно вокруг значения 0.1, второе — вокруг 1. Этот график называется сигнальное созвездие. Он часто используется при анализе характеристик модулированных сигналов, т.к. показывает распределение мгновенного значения сигнала на комплексной плоскости в момент его считывания.

Итак, модулированный сигнал есть — попробуем его обратно демодулировать. Наша задача сводится к нахождению огибающей, а как мы выяснили на прошлой лекции — это легко сделать с помощью преобразования Гильберта. Затем создадим что-то вроде цифрового компаратора, с помощью которого зашумлённую огибающую превратим в прямоугольный цифровой сигнал. Дополним наш код:

Демодуляция ASK-модулированного сигнала

Фазовая манипуляция (PSK)

Фазовая манипуляция — манипуляция, при которой скачкообразно изменяется фаза несущего сигнала в зависимости от закодированного сообщения.

Начнём с самого простого вида — BPSK — когда у нас всего два значения фазы — и .

Смотрим, что получилось:

Каждое изменение логического уровня модулирующего сигнала приводит к скачкообразному изменению фазы несущей частоты на , а это то, что нужно.

Теперь дополним код по аналогии с предыдущим примером и построим сигнальное созвездие:

Сигнальное созвездие BPSK-сигнала:

Сигнальное созвездие BPSK-сигнала

Мы имеем два скопления точек: вокруг (-1,0) и (1,0). Эти точки как раз соответствуют повороту вектора единичной длины на и вокруг начала координат. А значит, модуляция работает корректно.

Обработка BPSK-модулированного сигнала

Демодулированный сигнал на фоне модулированного сигнала представлен ниже:

Демодуляция BPSK-модулированного сигнала

Как видим, он повторяет форму модулирующего сигнала, заданного в начале листинга, но имеет временную задержку, возникающую в КИХ-ФНЧ.

Получилось вот так:

Сигнальное созвездие сигнала с QPSK

Мы видим скопление точек вокруг значений , , , , каждая из которых соответствует положению единичного вектора, начало которого соответствует началу координат, при его повороте с шагом . Соответствие фазы и передаваемой информации будет иметь следующий вид:

Это значит, что при при той же самой символьной скорости сигнал с QPSK передаёт в 2 раза больше информации, чем сигнал с BPSK.

Сигнальное созвездие сигнала с 8-PSK

Квадратурная манипуляция (QASK)

QASK (частный случай QAM — Quadrature Amplitude Modulation) — это вид манипуляции, при которой скачкообразно изменяется как амплитуда, так и фаза несущего сигнала, что позволяет за один такт (отсчёт) передать ещё больше информации, чем в рассмотренных ранее видах манипуляции. Можно сказать, что QASK — это комбинация ASK и PSK.

Результат показан ниже:

Сигнальное созвездие сигнала с 16-QASK

Это созвездие состоит из 16 групп точек, а значит сформированный сигнал принимает все возможные значения для QASK-манипуляции 16 порядка.

Действительная и мнимая части сигнала, а также сам сигнал y можно увидеть на рисунке ниже:

Синфазная, квадратурная составляющие и QASK-модулированный сигнал

Видно, что в процессе передачи данных изменяется как амплитуда, так и фаза несущей.

Синфазная и квадратурная составляющие демодулированного QASK-сигнала

Следует обратить внимание, что при выделении синфазной и квадратурной составляющей, мы также сделали умножение на два (и получили при этом правильные амплитуды). Давайте разбираться, в чём дело. Как было сказано выше, входной сигнал был умножен на функции и . При умножении на косинус получаем сигнал:

(1)

При умножении на синус:

(2)

После применения ФНЧ косинусоидальные и синусоидальные составляющие уходят, остаётся только постоянная составляющая:

(3)

(4)

Поэтому, чтобы скомпенсировать амплитуду демодулированного сигнала, в строчках 49 и 50 мы и сделали умножение на 2.

Синий график на рисунке отображает входные данные, на основе которых был сформирован модулированный сигнал, красными крестиками — данные, полученные в результате демодуляции этого сигнала:

Сравнение данных до QASK-модуляции и после демодуляции

Как видим, два графика полностью совпадают, а это говорит о том, что реализованный нами алгоритм работает корректно.

Частотная манипуляция (FSK)

Если во всех предыдущих рассмотренных нами видах манипуляции частота несущей была постоянна, то в случае с FSK это не так. FSK — это манипуляция, при которой в зависимости от закодированного сообщения скачкообразно изменяется частота несущего сигнала.

Данный вид манипуляции считается самым помехоустойчивым, т.к. помехи чаще всего влияют на амплитуду, а не на несущую частоту. Частота логического “0” и логической “1” вычисляются по формулам:

(5)

(6)

При манипуляция называется Minimum Shift Keying (MSK) — манипуляция с минимальным сдвигом частоты.

Далее сформируем модулирующий сигнал по аналогии с тем, как мы это делали в примерах с BPSK и ASK:

Результат выполнения данного скрипта:

Из рисунка видно, что в зависимости от значения модулирующего сигнала, меняется частота несущей — это то, что нам нужно. Модулировать научились — теперь попробуем это демодулировать. Для этого умножим наш сигнал на косинусоиды с частотами f0 и f1 :

Сигналы y0 и y1 показаны ниже:

Результаты выполнения листинга “FSK-манипуляция, часть 4”

Теперь найдём разность этих сигналов и пропустим её через ФНЧ:

Результат показан ниже:

Результаты выполнения листинга “FSK-манипуляция, часть 5”

До финала осталось совсем немного — преобразовать нижний график в цифровой сигнал. Для этого, как и в случае с BPSK, воспользуемся цифровым компаратором и построим результирующий график:

Результат демодуляции показан ниже:

Как видим, оранжевый график имеет ту же форму, что и на первоначальном рисунке, но с уже привычной нам временной задержкой, возникающей в цифровом КИХ-фильтре.

Источник