La modulation est le processus d'augmentation et d'amélioration de la fréquence et de la force du signal du message. C'est le processus qui superpose le signal original et le signal haute fréquence continu. Dans La modulation d'amplitude (AM), l'amplitude de l'onde porteuse varie en fonction du signal de message. Le processus de fabrication additive est illustré dans l'image ci-dessous :
Par exemple,
Signal audio
différence tigre lion
Les signaux audio sont les signaux à bruit élevé. Il n’est pas facile de transmettre de tels signaux sur de longues distances. Par conséquent, la modulation des signaux audio est nécessaire pour une transmission réussie. La modulation AM est un processus dans lequel un signal de message est superposé à l'onde radio comme signal porteur. Elle est combinée avec l'onde porteuse radio de haute amplitude, ce qui augmente l'ampleur du signal audio.
De la même manière, Modulation de fréquence (FM) traite de la variation de fréquence du signal porteur, et Modulation de phase (PM) traite de la variation de phase du signal porteur.
Parlons d'abord de l'analogique et de ses termes associés.
Parlons d'abord de l'analogique et de ses termes associés.
Analogique fait référence à la variation continue avec le temps. Nous pouvons définir la communication analogique et le signal analogique comme : Un communication analogique est une communication qui varie continuellement avec le temps. Elle a été découverte avant la communication numérique. Il nécessite moins de bande passante pour la transmission avec des composants peu coûteux. Un Signal analogique est un signal qui varie continuellement avec le temps. Les exemples de signaux analogiques incluent les ondes sinusoïdales et les ondes carrées.
Un simple signal analogique est illustré ci-dessous :
Ici, nous discuterons des points suivants :
Types de modulation d'amplitude
Histoire de la modulation d'amplitude
Traduction de fréquence de l'AM
Avantages et inconvénients de la modulation d'amplitude
Applications de la modulation d'amplitude
Qu'est-ce que la modulation ?
Lorsque le signal de message est superposé au signal porteur, on parle de modulation . Le signal du message est superposé au sommet de l'onde porteuse. Ici, superposé signifie placer un signal sur l’autre signal. Le signal résultant formé a une fréquence et une intensité améliorées.
La traduction du signal est requise du côté de l'émetteur pour les signaux analogiques et numériques. La traduction est effectuée avant que le signal ne soit amené sur le canal pour être transmis au récepteur.
Signal de message
Le signal original qui contient un message à transmettre au récepteur est appelé signal de message.
Signal porteur
Un signal porteur est un signal de fréquence constante, généralement élevée. Les ondes de signal porteur ne nécessitent pas de support pour se propager.
Signal en bande de base
tri des coquilles
Un signal de message qui représente la bande de fréquences est appelé signal en bande de base. La plage des signaux en bande de base s'étend de 0 Hz à la fréquence de coupure. On l'appelle également signal non modulé ou signal basse fréquence.
Un signal analogique est la sortie d’une onde lumineuse/sonore convertie en signal électrique.
Signal passe-bande
Il est centré sur la fréquence supérieure à la composante maximale du signal du message.
Exemple
Prenons un exemple de signal vocal . C'est un type de signal audio.
Le signal vocal présente des fréquences de bande de base inférieures comprises entre 0,3 et 3,4 kHz. Si deux personnes souhaitent communiquer sur le même canal, les fréquences de la bande de base interféreront. C'est parce que les fréquences inférieures ne peuvent pas permettre deux fréquences de bande de base sur le même canal. Par conséquent, une porteuse de haute fréquence jusqu'à 8 kHz est utilisée avec le signal vocal. Il augmente la gamme de fréquences du signal vocal. Il permet à deux personnes de communiquer sur le même canal sans aucune interférence.
Besoin de modulation
Un système de communication envoie les données de l'émetteur au récepteur. Les données sont traitées et parcourent plus de centaines de kilomètres avant d'atteindre le récepteur. Le bruit lors de la transmission peut affecter la forme du signal communicant. Cela induit en outre en erreur les informations reçues en réduisant la fréquence et la force du signal. Un processus est nécessaire pour augmenter la fréquence et la force du signal. Le processus de communication est connu sous le nom de modulation .
Il est essentiel de transmettre un signal d’un endroit à un autre en communication. Ici, un signal original est remplacé par le nouveau, augmentant sa fréquence de f1 - f2 à f1' - f2'. Il est présent sous forme récupérable côté récepteur. L'exigence de modulation est basée sur les facteurs suivants :
- Multiplexage de fréquence
- Antennes
- Bandes étroites
- Traitement commun
Multiplexage de fréquence
Le multiplexage fait référence à la traduction de plusieurs signaux sur le même canal. Supposons que nous ayons trois signaux à transmettre sur un seul canal de communication sans affecter la qualité et les données du signal. Cela signifie que les signaux doivent être distinguables et récupérables à la réception. Cela peut être fait en traduisant les trois signaux à des fréquences différentes. Cela empêche les multiples signaux de se croiser.
Soit la plage de fréquences de trois signaux allant de -f1 à f1, de -f2 à f2 et de -f3 à f3. Les signaux sont séparés par une garde entre eux, comme indiqué ci-dessous :
Si les fréquences sélectionnées de ces signaux ne se chevauchent pas, elles peuvent être facilement récupérées à la réception en utilisant des filtres passe-bande appropriés.
Antennes
Les antennes transmettent et reçoivent des signaux dans l'espace libre. La longueur de l'antenne est choisie en fonction de la longueur d'onde du signal transmis.
Bande étroite
Le signal est transmis en espace libre à l'aide d'une antenne. Supposons que la plage de fréquences soit comprise entre 50 et 104Hz. Le rapport entre la fréquence la plus élevée et la plus basse sera de 10.4/50 ou 200. La longueur de l'antenne à ce rapport deviendra trop longue à une extrémité et trop courte à l'autre extrémité. Il n'est pas adapté à la transmission. Par conséquent, le signal audio est traduit dans la plage (106+ 50) à (106+ 104). Le ratio sera désormais d'environ 1,01. Il est connu comme bande étroite .
Ainsi, le processus de traduction peut être modifié en bande étroite ou en bande large selon les besoins.
Traitement commun
Parfois, nous devons traiter la gamme de fréquences spectrales de différents signaux. S'il y a un grand nombre de signaux, il est préférable d'opérer dans une plage de fréquences fixe plutôt que de traiter la plage de fréquences de chaque signal.
Par exemple,
Récepteur superhétéroyne
Ici, un bloc de traitement commun est réglé sur une fréquence différente à l'aide d'un oscillateur local.
Types de modulation d'amplitude
Les types de modulation sont désignés par le QUE (Union internationale des télécommunications). Il existe trois types de modulation d'amplitude, qui sont les suivants :
- Modulation à bande latérale unique
- Modulation à double bande latérale
- Modulation de bande latérale résiduelle
Le nom original de l'AM était DSBAM (Double Side Band Amplitude Modulation) car les bandes latérales peuvent apparaître de chaque côté de la fréquence porteuse.
Modulation à bande latérale unique (SSB)
Le SSB AM est la méthode standard pour produire des bandes latérales sur un seul côté de la fréquence porteuse. La modulation d'amplitude peut produire des bandes latérales des deux côtés de la fréquence porteuse. En SSB, il utilise des filtres passe-bande pour éliminer une bande latérale. Le processus de modulation SSB améliore l'utilisation de la bande passante et la puissance de transmission totale du support de transmission.
Modulation de porteuse supprimée à double bande latérale (DSB-SCB)
Double signifie deux bandes latérales. Les fréquences produites par l'AM en DSB sont symétriques par rapport à la fréquence porteuse. L'ORD est en outre classé comme DSB-SC et DSB-C . La modulation DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) ne contient aucune bande porteuse, ce qui fait que son efficacité est également maximale par rapport aux autres types de modulation. La partie porteuse du DSB-SC est supprimée du composant de sortie. Le DSB-C (Double Sideband with Carrier) est constitué de l’onde porteuse. La sortie produite par le DSB-C a une porteuse en combinaison avec le message et le composant porteur.
Modulation de bande latérale résiduelle (VSB)
Certaines informations sont SSB et DSB peuvent être perdues. Par conséquent, VSB est utilisé pour surmonter les inconvénients de ces deux types de FA. Vestige signifie une section du signal. En VSB, une section du signal est modulée.
Nous discuterons en détail des trois types d’AM plus tard dans le didacticiel.
Histoire de la modulation d'amplitude
- En 1831, le scientifique anglais Michael Faraday découvre l'électromagnétique.
- En 1873, le mathématicien et scientifique James C Maxwell a décrit la propagation des ondes EM.
- En 1875, A Graham Bell découvre le téléphone.
- En 1887, le physicien allemand H Hertz découvre l'existence des ondes radio.
- En 1901, un ingénieur canadien nommé R Fessenden traduit le premier signal modulé en amplitude.
- R Fessenden l'a découvert à l'aide de l'émetteur à éclateur, qui transmet le signal à l'aide d'une étincelle électrique.
- La mise en œuvre pratique de l'AM a commencé entre 1900 et 1920 grâce à la transmission radiotéléphonique. Il s'agissait d'une communication utilisant le signal audio ou vocal.
- Le premier émetteur Am continu a été développé vers 1906-1910.
- En 1915, un théoricien américain JR Carson a lancé l'analyse mathématique de la modulation d'amplitude. Il a montré qu’une seule bande suffit à la transmission du signal audio.
- Le 1er décembre 1915, JR Carson fait breveter le BLU (Bande latérale unique) Modulation.
- La radiodiffusion AM est devenue populaire après l'invention du tube à vide vers 1920.
Traduction de fréquence de la modulation d'amplitude
Un signal est transmis en le multipliant par un signal sinusoïdal auxiliaire. Il est donné par :
Vm(t) = UNEmcosωmt
Vm(t) = UNEmcos2πfmt
Où,
Am est la constante d'amplitude
Fm est la fréquence de modulation
Fm = ωm/2p
Le motif spectral sera un motif d'amplitude double face. Il se compose de deux lignes chacune d’amplitude Am/2, comme indiqué ci-dessous :
Il est situé dans la gamme de fréquences allant de f = fm à f = -fm.
Soit le signal sinusoïdal auxiliaire Vc(t).
Vc(t) = UNECcosωCt
En multipliant le double motif spectral par le signal auxiliaire, on obtient :
Vm(t). Vc(t) = UNEmcosωmt x ACcosωCt
Vm(t). Vc(t) = UNEmUNCcosωmt cosωCt
Il existe désormais quatre composantes spectrales, comme indiqué ci-dessus.
Cela signifie que le motif spectral a désormais deux formes d'onde sinusoïdales de fréquence Fc + Fm et Fc - Fm. L'amplitude avant multiplication était Am/2. Mais les composants après multiplication sont passés de deux à quatre.
L'amplitude sera désormais :
AmAc/4
algorithme minimax
1 composante sinusoïdale = 2 composantes spectrales
Ainsi, l’amplitude de chaque composante sinusoïdale sera :
AmAc/2
Le motif spectral après la multiplication est traduit dans les directions de fréquence positive et négative. Si ces quatre modèles spectraux sont multipliés par gain, le résultat sera 6 composantes spectrales sous la forme de huit formes d’onde sinusoïdales.
Indice de modulation
L'indice de modulation est défini comme le rapport entre la valeur maximale du signal de message et le signal porteur.
Il est donné par :
Indice de modulation = M/A
Où,
M est l'amplitude du signal du message
A est l'amplitude du signal porteur
Ou
Indice de modulation = Am/Ac
Efficacité de la FA
L'efficacité de la modulation d'amplitude est définie comme le rapport entre la puissance de bande latérale et la puissance totale.
Efficacité = Ps/Pt
La puissance totale est la somme de la puissance de bande latérale et de la puissance porteuse.
Pt = Ps + Pc
Ainsi, nous pouvons également définir l’efficacité comme :
Efficacité = Ps/Ps + PC
Le signal Am dans le domaine fréquentiel peut être représenté comme suit :
S(t) = UNEC[1 + km(t)] cosωCt
Où,
m(t) est le signal en bande de base
k est la sensibilité à l'amplitude
s(t) préserve le signal en bande de base I son enveloppe
s(t) = UNECcosωCt + ACkm(t)cosωCt
Le premier terme est le terme de la porteuse et le deuxième terme est le terme de la bande latérale.
La puissance peut être représentée comme suit :
Pour le terme opérateur, Puissance = AC2/2
Pour le terme de bande latérale, Puissance = AC2k2/2 x PM
Pm est la puissance moyenne du signal de message présent dans le terme de bande latérale.
conversion d'une chaîne en entier
Efficacité = AC2k2PM/2 /( AC2k2PM/2 + AC2/2)
Efficacité= k2PM/1 + k2PM
C'est l'expression courante utilisée pour trouver l'efficacité énergétique de la modulation d'amplitude.
Puisqu'il n'y a pas de porteuse dans la modulation de suppression de porteuse à double bande latérale, son efficacité est de 50 %. L'efficacité d'un signal modulé à tonalité unique dans le cas de la forme d'onde sinusoïdale est d'environ 33 %. L'efficacité maximale de 100 % peut être obtenue en utilisant le SSBSC (Single Side Modulation Suppress Carrier).
Avantages
Les avantages de la modulation d'amplitude sont les suivants :
- La modulation d'amplitude aide le signal à parcourir de longues distances en faisant varier l'amplitude du signal du message.
- Les composants utilisés dans les récepteurs et émetteurs AM sont peu coûteux.
- Les signaux AM sont faciles à moduler et à démoduler.
- Le signal modulé a une fréquence inférieure à celle du signal porteur.
- Le processus de mise en œuvre de la modulation d’amplitude est simple.
- Le canal de communication utilisé pour la transmission peut être un canal filaire ou un canal sans fil. Il relie l'émetteur au récepteur. Il transporte également les informations de l'émetteur vers le récepteur.
Désavantages
La AM est une modulation largement utilisée malgré ses divers inconvénients. Les inconvénients de la modulation d'amplitude sont les suivants :
- Il est plus sensible au bruit en raison de la présence de détecteurs AM. Cela affecte la qualité du signal atteignant le récepteur.
- Il possède des bandes latérales des deux côtés de la fréquence porteuse. La puissance dans les doubles bandes latérales n'est pas utilisée à 100 %. La puissance transportée par les ondes AM est d'environ 33 %. Cela signifie que plus de la moitié de la puissance du double côté est gaspillée.
- La AM nécessite une bande passante élevée, c'est-à-dire deux fois celle de la fréquence audio.
Applications de la modulation d'amplitude
Les applications de la modulation d'amplitude sont les suivantes :
La modulation d'amplitude augmente la fréquence du signal de message en raison de la présence d'un signal porteur haute fréquence. Par conséquent, il est largement utilisé en radiodiffusion en raison de cet avantage.
La modulation d'amplitude est utilisée dans les radios bidirectionnelles portables et les radios à bande pour une communication efficace.
Exemples numériques
Discutons d'un exemple basé sur la modulation d'amplitude.
Exemple: Trouvez la puissance totale du signal modulé en amplitude avec une puissance porteuse de 400 W et un indice de modulation de 0,8.
Solution : La formule pour calculer la puissance totale du signal modulé en amplitude est donnée par :
Pt = PC (1 + m2/2)
Où,
Pt est la puissance totale
Pc est la puissance porteuse
M est le signal modulé
Pt = 400 (1 + (0,8)2/2)
Pt = 400 (1 + 0,64/2)
Pt = 400 (1 + 0,32)
Pt = 400 (1,32)
Pt = 528 watts
La puissance totale du signal modulé en amplitude est donc de 528 watts.
Exemple 2 : Quelle est l’efficacité maximale du signal de modulation à tonalité unique ?
Solution : L'efficacité maximale du signal de modulation à tonalité unique est de 33 %.
L'efficacité est donnée par la formule :
Efficacité = u2/(2 + toi2)
À efficacité maximale, u = 1
Efficacité = 12/(2 + 12)
Efficacité = 1/3
Efficacité % = 1/3 x 100
Efficacité % = 100/3
Efficacité % = 33,33
tableau dynamique Java