Amplitúdómoduláció

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Kétoldalsávos amplitúdómoduláció spektrumképe

Az amplitúdómoduláció (rövidítve: AM) a jelátvitelben az amplitúdó változtatása, mely ezáltal az átviendő információt hordozza.

Egy rádiófrekvenciás jelre több módon lehet az információt ráültetni, ennek egyik módja, ha a jel amplitúdóját változtatjuk (moduláljuk). Morzeadásnál az amplitúdó nulla és maximum között változik. Általában azonban hangot vagy videojelet (szélessávú jelet) ültetnek rá egy sokkal nagyobb frekvenciájú vivőjelre (hordozóra). Az amplitúdómodulációnál a moduláció mértékét százalékban fejezik ki. Ha nincs moduláció, a százalék nulla; ha a modulációs csúcs nulla és maximum között ingadozik, akkor 100%.

A rádióamatőrök általában 75% körüli modulációt használnak, 100% felett torzítások lépnek fel. Moduláció során mindig keverés áll elő, azaz a vivőjel és a modulálójel összege és különbsége jön létre. Az SSB/SC adás is alapjában véve amplitúdómodulációval működik, csak a vivőt elnyomják, és az egyik oldalsávot levágják. A vivőt a vételi oldalon kell helyreállítani ahhoz, hogy a vett jel azonos legyen a leadottal.

A moduláció: A vivőhullám a moduláció során felveszi az információt hordozó alapjel jellegzetességeit. Amplitúdómoduláció során a szinuszos vivő amplitúdóját változtatjuk az alapjel pillanatértékeivel arányosan.

Matematikai leírása[szerkesztés]

Az amplitúdómodulált jel (későbbiekben ) az amplitúdójában hordozza az információt, azaz

mivel a koszinusz argumentumának nincs információtartalma, ezért a , ezt az általánosság megszorítása nélkül megtehetjük. Az időfüggvénytől sokkal szemléletesebb képet kapunk a spektrális képpel, amit az időfüggvény Fourier-transzformáltjával kaphatunk meg:

,

ami Fourier-transzformáció modulációs tételéből következően nem más, mint

ahol az az Fourier-transzformáltja. Ha ezt kicsit részletesebben kifejtjük:

ahol a a Dirac-féle impulzus. Az ily módon modulált jel AM-DSB (AM – Dual Side Band), azaz kétoldalas amplitúdómodulált jel. A jel kisugárzásánál a Dirac-impulzus nagy energiát hordoz, ami egyébként felesleges, ezért ezt jó, ha kiszűrjük a kisugárzás előtt. Az ilyen jelet AM-DSB/SC (Supressed Carrier) névvel illetik, azaz „elnyomott vivőjű két oldalsávos amplitúdómodulált jel”.

Kapcsolódó fogalmak[szerkesztés]

Modulációs mélység[szerkesztés]

A modulációs mélység, más néven modulációs index definíciója

  ahol a moduláló jel csúcsértéke, pedig a fent definiált egyenszint-eltolás.

A modulációs mélység különböző típusú amplitúdómodulációknál különböző lehet, vannak modulációs eljárások, ahol , így , míg máshol a demodulálás megkönnyítésére a vivőt is kisugározzák. 100% fölötti modulációs mélység esetén a jel burkolója nem egyezik meg a vivőt moduláló jellel. Ez a burkoló visszaállításán alapuló demodulátorok esetén torzításhoz vezet.

20%-os modulációs index
100%-os modulációs index
150%-os modulációs index

Vivőhullám, vivőfrekvencia[szerkesztés]

Különböző modulációs eljárások hatása a spektrumra
1. alapsávi jel
2. AM-DSB
3. AM-DSB/SC
4. AM-SSB USB
5. AM-SSB LSB

A vivőhullám az a modulálatlan szinuszos jel, amellyel a moduláló jelet az átvitelhez használt frekvenciatartományba transzponáljuk, frekvenciája a vivőfrekvencia . Amennyiben a modulációs mélység index véges, akkor az AM jel spektrumán megjelenik.

Modulációs típusok oldalsávok alapján[szerkesztés]

Az AM moduláció során előálló jel spektruma a vivő mindkét oldalán tartalmaz spektrumkomponenseket. Ez a két oldalsáv redundáns, mivel valós jel spektruma szimmetrikus -ra, a moduláció után pedig a moduláló spektruma megjelenik -vel és -vel eltolva.[1] Ezért az egyik oldalsáv kiszűrésével is lehetséges az információ visszaállítása, és így a sávszélesség-igény és a sugárzóteljesítmény csökkenthető.

  • Kétoldalsávos moduláció (AM-DSB Double Sideband): Mindkét előállított oldalsávot kisugározzák
  • Egy oldalsávos moduláció (AM-SSB Single Sideband): Ebben az esetben a két oldalsáv egyikét a sávszélesség és az adóteljesítmény csökkentése érdekében még sugárzás előtt kiszűrik. Két változata használatos:
    • Felső oldalsávos (Upper Sideband): Ez az oldalsáv a moduláló spektrumának pozitív frekvenciájú összetevőjének eltoltja, ezért nem fordít spektrumot.
    • Alsó oldalsávos (Lower Sideband: Spektrumot fordít, mivel a negatív frekvenciájú félspektrum eltoltja, ami a moduláló pozitív frekvenciájú spektrumkomponensének tükörképe.
  • Elnyomott vivő (SC Suppressed Carrier): Az adóteljesítmény csökkentése érdekében a vivőfrekvenciás komponenst kiszűrik, vagy már eleve 0 középértékű modulálót használnak. Ez teljesítmény szempontjából kedvező, azonban megnehezíti a vivő visszaállítását. Ezért létezik egy átmeneti megoldás, ahol kis teljesítményű pilot vivőt sugároznak a jellel.

Amplitúdó moduláció jelölése[szerkesztés]

Az adásmód leírásánál a 3 karakteres jelölés első tagja írja le a moduláció tipusát. Amplitúdó moduláció esetén a következő karakterek lehetnek:

1. vagy 5. Moduláció tipusa
A kétoldalsávos amplitudómodulált adás
H egyoldalsávos amplitudómodulált adás, teljes vivővel
R egyoldalsávos amplitudómodulált adás, csökkentett vagy változó szintű vivővel
J egyoldalsávos amplitudómodulált adás, elnyomott vivővel
B független oldalsávos amplitudómodulált adás
C csonka oldalsávos amplitudómodulált adás

Például az 540 kHz-es középhullámon működő Kossuth rádió adásmódját így jelölhetjük:A3E

Ha a sávszálességét is megadjuk:9K00A3E

A teljes, 9 karakteres jelölés pedig: 9K00A3EGN

Demoduláció[szerkesztés]

Koherens demodulátor[szerkesztés]

koherens demodulátor

Koherens a demodulátor, más néven szorzódemodulátor, ha a visszaállított vivőt felhasználva állítja elő a demodulált jelet. Elve a következő:

Mivel

,

a modulált jelet a vivővel megszorozva

Ezt a kifejezést három részre bonthatjuk:

Ezek közül a DC és a vivőfrekvencia kétszerese környékén megjelenő komponenseket sávszűrővel elnyomva visszaállítható a moduláló jel.

A DC komponens elnyomásához két megjegyzés tartozik.

  • Elnyomott vivős (SC - suppressed carrier) átvitel esetén nincs szükség a DC komponens elnyomására.
  • Amennyiben a moduláló is tartalmazhat egyenkomponenst, a sávszűrő helyett aluláteesztő szűrő és szinteltolás alkalmazása ajánlatos.

A vivő visszaállítása[szerkesztés]

A fenti gondolatmenetben felhasználtuk, hogy a vivőt frekvenciájában és fázisában tökéletesen sikerült visszaállítani. Lássuk mi a helyzet, ha a vivőt egy

jellel becsüljük.

Ekkor a modulált jelet a becsült vivővel szorozva

függvényt kapunk, amiből a szűrés és erősítés után

adódik. Vagyis a pontatlan vivővisszaállítás két következménnyel jár:

  • Ha pontatlan a vivőfrekvencia visszaállítása, erősítése koszinuszosan fog változni, tehát időnként teljesen el is tűnik a moduláló jel.
  • Ha a fázis visszaállítása pontatlan, az erősítés csökken. Ez okozhatja azt is, hogy zavarjelet elnyomják a venni kívánt adást. Szélső esetben, ha , a venni kívánt jel teljesen eltűnik. Ezt a jelenséget azonban hasznosítani is lehet, erre alapul a kvadratúra amplitúdómoduláció.

A fentiekből kitűnik, hogy a vivő pontos visszaállítása alapvető feltétele a demodulációnak. Ezért az ilyen vevő bonyolultabb áramköri megoldást igényel, mint a csúcsegyenirányítós demodulátor, viszont alkalmas egyoldalsávos (AM-SSB) és 100%-nál nagyobb modulációs mélységű jel demodulálására is. A vivő visszaállítására általában fáziszárt hurkot alkalmaznak.

Diódás demodulátor[szerkesztés]

Az egyenes rendszerű vevőkészülékekben általában diódás demodulátort alkalmaznak. Itt a vett jel transzponálás nélkül egyenirányításra kerül.

Az egyszeres transzponálást végző készülékek esetén a középfrekvenciás jelet demodulálják diódás demodulátorral. A többszörös transzponálást végző készülékekben az utolsó transzponálás utáni jelet demodulálják diódás demodulátorral.

Digitális amplitúdómoduláció[szerkesztés]

Digitális jelek átvitelére is használatos az amplitúdómoduláció. Ebben az esetben az alapsávi jel amplitúdójában (és általában időben is) kvantált. A szintek számát és értékét az átviteli csatorna minősége, az elérhető adóteljesítmény és egyéb szempontok figyelembevételével választják ki.

Bináris amplitúdómoduláció[szerkesztés]

On-Off Shift Keying (OOK)[szerkesztés]

Az On-Off Shift Keying a legegyszerűbb digitális modulációs eljárás. Egy szimbólum (elemi jel az alapsávi jelben) értéke 0 vagy A0 lehet, vagyis az egyik értéknél van adás, a másiknál nincs.

BPSK[szerkesztés]

A bináris fázisbillentyűzés (angolul Binary Phase Shift Keying, BPSK) felfogható mind fázismodulációnak (minden kódváltásnál 180°-ot ugrik a vivő fázisa), mind amplitúdómodulációnak, amelyben a moduláló jel értéke +1 és -1 lehet. Előnye az OOK-val szemben, hogy ugyanakkora bithiba-arány adott jel-zaj viszony mellett kisebb adóteljesítmény mellett érhető el.

Pulzus amplitúdómoduláció[szerkesztés]

Amennyiben az elemi szimbólum értéke több értéket is felvehet, pulzus amplitúdómodulációról (PAM) beszélünk. A jelszintek száma általában 2 hatványa, 4, esetleg 8. Ha n szintű szimbólumokat használ a moduláció, akkor a modulációt nPAM-nak, tehát például 4PAM-nak szokás rövidíteni.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]

Források[szerkesztés]

  1. Fodor, György. Hálózatok és rendszerek. Műegyetem Kiadó (2004). ISBN 963 420 810 0