Modülasyon, mesaj sinyalinin frekansını ve gücünü artırma ve geliştirme işlemidir. Orijinal sinyal ile sürekli yüksek frekanslı sinyalin üst üste bindirildiği süreçtir. İçinde Genlik Modülasyonu (AM), taşıyıcı dalganın genliği mesaj sinyaline göre değişir. AM süreci aşağıdaki resimde gösterilmektedir:

Örneğin,

Ses Sinyali

Ses sinyalleri yüksek gürültülü sinyallerdir. Bu tür sinyallerin uzak mesafelere iletilmesi kolay değildir. Bu nedenle, başarılı iletim için ses sinyallerinin modülasyonu gereklidir. AM modülasyonu, radyo dalgasının üzerine taşıyıcı sinyal olarak bir mesaj sinyalinin yerleştirildiği bir işlemdir. Ses sinyalinin büyüklüğünü artıran yüksek genlikli radyo taşıyıcı dalgasıyla birleştirilir.

Benzer şekilde, Frekans modülasyonu (FM), taşıyıcı sinyalin frekans değişimiyle ilgilenir ve Faz Modülasyonu (PM), taşıyıcı sinyalin faz değişimiyle ilgilenir.

Önce analogu ve onunla ilgili terimleri tartışalım.

Önce analogu ve onunla ilgili terimleri tartışalım.

Analog zamanla sürekli değişimi ifade eder. Analog iletişimi ve analog sinyali şu şekilde tanımlayabiliriz: analog iletişim zamana göre sürekli değişen bir iletişimdir. Dijital iletişimden önce keşfedildi. Düşük maliyetli bileşenlerle iletim için daha az bant genişliği gerektirir. Bir analog sinyal zamana göre sürekli değişen bir sinyaldir. Analog sinyal örnekleri arasında sinüzoidal dalgalar ve kare dalgalar bulunur.

Aşağıda basit bir analog sinyal gösterilmektedir:

Burada aşağıdaki konuları tartışacağız:

Modülasyon nedir?

Genlik Modülasyonu Türleri

Genlik Modülasyonunun Tarihçesi

Modülasyon İhtiyacı

AM'nin Frekans Çevirisi

Modülasyon endeksi

AM'nin verimliliği

Genlik Modülasyonunun avantajları ve dezavantajları

Genlik Modülasyonunun Uygulamaları

Sayısal Örnekler

Modülasyon nedir?

Mesaj sinyali taşıyıcı sinyalin üzerine bindirildiğinde buna denir. modülasyon . Mesaj sinyali taşıyıcı dalganın üstüne bindirilir. Burada üst üste bindirme, bir sinyalin diğer sinyalin üzerine yerleştirilmesi anlamına gelir. Sonuçta oluşan sinyal gelişmiş frekansa ve güce sahiptir.

Hem analog hem de dijital sinyaller için verici ucunda sinyalin çevirisi gereklidir. Çeviri, sinyalin alıcıya iletilmek üzere kanala getirilmesinden önce gerçekleştirilir.

Mesaj sinyali

Alıcıya iletilecek mesajı içeren orijinal sinyale mesaj sinyali denir.

Taşıyıcı sinyali

Taşıyıcı sinyal, genellikle yüksek olan sabit frekanslı bir sinyaldir. Taşıyıcı sinyal dalgalarının yayılması için bir ortama ihtiyaç yoktur.

Temel bant sinyali

Frekans bandını temsil eden bir mesaj sinyali, temel bant sinyali olarak bilinir. Temel bant sinyallerinin aralığı 0 Hz'den kesme frekansına kadardır. Aynı zamanda modüle edilmemiş sinyal veya düşük frekanslı sinyal olarak da adlandırılır.

Analog sinyal, elektrik sinyaline dönüştürülen ışık/ses dalgasının çıkışıdır.

Geçiş bandı sinyali

Mesaj sinyalinin maksimum bileşeninden daha yüksek bir frekansta ortalanır.

Örnek

Bir örnek ele alalım konuşma sinyali . Bir tür ses sinyalidir.

Konuşma sinyali 0,3 ila 3,4k Hz aralığında daha düşük temel bant frekanslarına sahiptir. İki kişi aynı kanal üzerinden iletişim kurmak isterse temel bant frekansları karışacaktır. Bunun nedeni, düşük frekansların aynı kanalda iki temel bant frekansına izin verememesidir. Bu nedenle konuşma sinyalinde 8kHz'e kadar yüksek frekanslı bir taşıyıcı kullanılır. Konuşma sinyalinin frekans aralığını arttırır. İki kişinin aynı kanal üzerinden herhangi bir müdahale olmadan iletişim kurmasını sağlar.

Modülasyon İhtiyacı

Bir iletişim sistemi verileri vericiden alıcıya gönderir. Veriler işlenir ve alıcıya ulaşmadan önce yüzlerce kilometreden fazla yol kat eder. İletim sırasındaki gürültü, iletişim sinyalinin şeklini etkileyebilir. Sinyalin frekansını ve gücünü azaltarak alınan bilgiyi daha da yanıltır. Sinyalin frekansını ve gücünü artıracak bir işlem gereklidir. İletişimdeki süreç şu şekilde bilinir: modülasyon .

İletişimde bir sinyalin bir yerden başka bir yere iletilmesi esastır. Burada orijinal sinyal yenisiyle değiştirilir ve frekansı f1 - f2'den f1' - f2'ye çıkarılır. Alıcı ucunda kurtarılabilir formda bulunur. Modülasyon gereksinimi aşağıdaki faktörlere dayanmaktadır:

1. Frekans Çoğullama
2. Antenler
3. Dar bantlanma
4. Ortak işleme

Frekans Çoğullama

Çoğullama, aynı kanaldaki birden fazla sinyalin çevrilmesi anlamına gelir. Sinyalin kalitesini ve verilerini etkilemeden tek bir iletişim kanalı üzerinden iletilecek üç sinyalimiz olduğunu varsayalım. Bu, sinyallerin alıcı tarafta ayırt edilebilir ve kurtarılabilir olması gerektiği anlamına gelir. Bu, farklı frekanslardaki üç sinyali çevirerek yapılabilir. Çoklu sinyallerin kesişmesini engeller.

Üç sinyalin frekans aralığı -f1 ila f1, -f2 ila f2 ve -f3 ila f3 olsun. Sinyaller aşağıda gösterildiği gibi aralarında bir koruma ile ayrılır:

Bu sinyallerin seçilen frekansları örtüşmüyorsa, uygun bant geçiren filtreler kullanılarak alıcı uçta kolayca kurtarılabilir.

Antenler

Antenler boş alanda sinyal iletir ve alır. Antenin uzunluğu iletilen sinyalin dalga boyuna göre seçilir.

Dar bantlama

Sinyal, bir anten yardımıyla boş alanda iletilir. Frekans aralığının 50 ila 10 arasında olduğunu varsayalım⁴Hz. En yüksek frekansın en düşük frekansa oranı 10 olacaktır⁴/50 veya 200. Bu oranda antenin uzunluğu bir uçta çok uzun, diğer uçta ise çok kısa olacaktır. Aktarım için uygun değildir. Dolayısıyla ses sinyali aralığa çevrilir (10⁶+ 50) ila (10)⁶+ 10⁴). Oran şimdi 1,01 civarında olacak. Olarak bilinir dar bantlama .

Böylece çeviri işlemi ihtiyaca göre dar bant veya geniş bant olarak değiştirilebilmektedir.

Ortak işleme

Bazen farklı sinyallerin spektral frekans aralığını işlememiz gerekir. Çok sayıda sinyal varsa, her sinyalin frekans aralığını işlemek yerine sabit bir frekans aralığında çalışmak daha iyidir.

Örneğin,

Süperheteroyne alıcı

Burada ortak bir işlem bloğu, yerel bir osilatör kullanılarak farklı bir frekansa ayarlanır.

Genlik Modülasyonu Türleri

Modülasyon türleri aşağıdakiler tarafından belirlenir: O (Uluslararası Telekomünikasyon Birliği). Aşağıdaki gibi üç tür Genlik Modülasyonu vardır:

• Tek Yan Bant Modülasyonu
• Çift Yan Bant Modülasyonu
• Körelmiş Yan Bant Modülasyonu

AM'nin orijinal adı DSBAM (Çift Yan Bant Genlik Modülasyonu) idi çünkü yan bantlar taşıyıcı frekansın her iki tarafında da görünebilir.

Tek Yan Bant Modülasyonu (SSB)

SSB AM, taşıyıcı frekansın yalnızca bir tarafında yan bantlar üretmeye yönelik standart yöntemdir. Genlik Modülasyonu, taşıyıcı frekansın her iki tarafında yan bantlar üretebilir. SSB'de bir yan bandı atmak için bant geçiren filtreler kullanılır. SSB modülasyon işlemi, iletim ortamının bant genişliği kullanımını ve toplam iletim gücünü artırır.

Çift Yan Bant Bastırmalı Taşıyıcı Modülasyonu (DSB-SCB)

Çift, iki yan bant anlamına gelir. AM tarafından DSB'de üretilen frekanslar taşıyıcı frekansa göre simetriktir. DSB ayrıca şu şekilde kategorize edilir: DSB-SC Ve DSB-C . DSB-SC (Çift Yan Bant Bastırma Taşıyıcı) modülasyonu herhangi bir taşıyıcı bant içermediğinden verimliliği de diğer modülasyon türlerine göre maksimumdur. DSB-SC'deki taşıyıcı kısım çıkış bileşeninden çıkarılır. DSB-C (Taşıyıcılı Çift Yan Bant) taşıyıcı dalgadan oluşur. DSB-C tarafından üretilen çıktı, mesaj ve taşıyıcı bileşenle birlikte bir taşıyıcıya sahiptir.

Körelmiş Yan Bant Modülasyonu (VSB)

Bilgilerin bir kısmı SSB'dir ve DSB kaybolabilir. Bu nedenle VSB, bu iki tip AM'nin dezavantajlarının üstesinden gelmek için kullanılır. Vestige, sinyalin bir bölümü anlamına gelir. VSB'de sinyalin bir bölümü modüle edilir.

Dersin ilerleyen kısımlarında üç AM tipini ayrıntılı olarak tartışacağız.

Genlik Modülasyonunun Tarihçesi

• 1831 yılında İngiliz bilim adamı Michael Faraday elektromanyetik dalgayı keşfetti.
• 1873'te matematikçi ve bilim adamı James C Maxwell, EM dalgalarının yayılmasını tanımladı.
• 1875 yılında Graham Bell telefonu keşfetti.
• 1887'de Alman fizikçi H Hertz radyo dalgalarının varlığını keşfetti.
• 1901 yılında Kanadalı bir mühendis R Fessenden ilk genlik modülasyonlu sinyali çevirdi.
• R Fessenden bunu, sinyali bir elektrik kıvılcımının yardımıyla ileten kıvılcım aralığı vericisini kullanarak keşfetti.
• AM'nin pratik uygulaması 1900 ile 1920 yılları arasında radyotelefon iletimi yoluyla başladı. Ses veya konuşma sinyalini kullanan iletişimdi.
• İlk sürekli Am vericisi 1906 - 1910 civarında geliştirildi.
• 1915'te Amerikalı bir teorisyen JR Carson Genlik Modülasyonunun matematiksel analizini başlattı. Ses sinyalinin iletimi için tek bandın yeterli olduğunu gösterdi.
• 1 Aralık 1915'te JR Carson patentini aldı. SSB (Tek Yan Bant) Modülasyon.
• Radyo AM yayını, 1920 civarında vakum tüpünün icadından sonra popüler hale geldi.

Genlik Modülasyonunun Frekans Çevirisi

Bir sinyal, yardımcı sinüzoidal bir sinyalle çarpılarak iletilir. Şunlar tarafından verilmektedir:

Vm(t) = A_Mçünkü_MT

Vm(t) = A_Mcos2πf_MT

Nerede,

Am genlik sabitidir

Fm modülasyon frekansıdır

Fm = ω_M/2p

Spektral model, çift taraflı bir genlik modeli olacaktır. Aşağıda gösterildiği gibi her biri Am/2 genlikli iki çizgiden oluşur:

f=fm ile f=-fm arasındaki frekans aralığında yer alır.

Yardımcı sinüzoidal sinyal Vc(t) olsun.

Vc(t) = A_Cçünkü_CT

Çift spektral modeli yardımcı sinyalle çarparak şunu elde ederiz:

Vm(t). Vc(t) = A_Mçünkü_MtxA_Cçünkü_CT

Vm(t). Vc(t) = A_MA_Cçünkü_Mt çünkü_CT

Yukarıda gösterildiği gibi artık dört spektral bileşen vardır.

Bu, spektral modelin artık Fc + Fm ve Fc - Fm frekansında iki sinüzoidal dalga biçimine sahip olduğu anlamına gelir. Çarpmadan önceki genlik Am/2 idi. Ancak çarpma sonrası bileşenler ikiden dörde çıkmıştır.

Şimdi genlik şöyle olacaktır:

AmAc/4

1 sinüzoidal bileşen = 2 spektral bileşen

Böylece, her sinüzoidal bileşenin genliği şöyle olacaktır:

AmAc/2

Çarpma sonrasındaki spektral desen hem pozitif hem de negatif frekans yönlerinde çevrilir. Bu dört spektral model kazançla çarpılırsa sonuç, sekiz sinüzoidal dalga formu formunda 6 spektral bileşen olacaktır.

Modülasyon endeksi

Modülasyon indeksi, mesaj sinyalinin maksimum değerinin taşıyıcı sinyale oranı olarak tanımlanır.

Şunlar tarafından verilmektedir:

Modülasyon Endeksi = M/A

Nerede,

M, mesaj sinyalinin genliğidir

A, taşıyıcı sinyalin genliğidir

Veya

Modülasyon indeksi = Am/Ac

AM'nin verimliliği

Genlik Modülasyonunun verimliliği, yan bant gücünün toplam güce oranı olarak tanımlanır.

Verimlilik = Ps/Pt

Toplam güç, yan bant gücü ile taşıyıcı gücün toplamıdır.

Pt = Ps + Pc

Dolayısıyla verimliliği şu şekilde de tanımlayabiliriz:

Verimlilik = Ps/ Ps + Bilgisayar

Frekans alanındaki Am sinyali şu şekilde temsil edilebilir:

S(t) = Bir_C[1 + km(t)] çünküω_CT

Nerede,

m(t) temel bant sinyalidir

k genlik duyarlılığıdır

s(t) temel bant sinyalini I zarfını korur

s(t) = A_Cçünkü_Ct + bir_Ckm(t)cosω_CT

Birinci terim taşıyıcı terim, ikinci terim ise yan bant terimidir.

Güç şu şekilde temsil edilebilir:

Taşıyıcı terimi için Güç =A_C²/2

Yan bant terimi için Güç =A_C²k²/2 x PM

Pm, yan bant teriminde mevcut olan mesaj sinyalinin ortalama gücüdür.

Verimlilik = A_C²k²PM/2 /( Bir_C²k²PM/2 + A_C²/2)

Verimlilik= k²PM/1 + k²Öğleden sonra

Genlik Modülasyonunun güç verimliliğini bulmak için kullanılan yaygın ifadedir.

Çift Yan Bant Bastırmalı Taşıyıcı Modülasyonunda taşıyıcı bulunmadığından verimliliği %50'dir. Sinüzoidal dalga formu durumunda tek ton modülasyonlu sinyalin verimliliği %33 civarındadır. SSBSC (Tek Taraflı Modülasyon Bastırma Taşıyıcısı) kullanılarak maksimum %100 verimlilik elde edilebilir.

Avantajları

Genlik Modülasyonunun avantajları aşağıdaki gibidir:

• Genlik modülasyonu, mesaj sinyalinin genliğini değiştirerek sinyalin uzun mesafeler kat etmesine yardımcı olur.
• AM alıcı ve vericilerinde kullanılan bileşenlerin maliyeti düşüktür.
• AM sinyallerinin modülasyonu ve demodüle edilmesi kolaydır.
• Modüle edilmiş sinyal, taşıyıcıların sinyal verdiğinden daha düşük bir frekansa sahiptir.
• Genlik Modülasyonunun uygulanma süreci basittir.
• İletim için kullanılan iletişim kanalı kablolu bir kanal veya kablosuz bir kanal olabilir. Vericiyi alıcıya bağlar. Aynı zamanda vericiden alıcıya bilgi taşır.

Dezavantajları

AM, çeşitli dezavantajlarına rağmen yaygın olarak kullanılan bir modülasyondur. Genlik Modülasyonunun dezavantajları aşağıdaki gibidir:

• AM dedektörlerinin varlığı nedeniyle gürültüye karşı daha hassastır. Alıcıya ulaşan sinyalin kalitesini etkiler.
• Taşıyıcı frekansının her iki tarafında yan bantlar bulunur. Çift yan bantlardaki güç %100 kullanılmaz. AM dalgalarının taşıdığı güç %33 civarındadır. Bu, çift taraftaki gücün yarısından fazlasının boşa gittiği anlamına gelir.
• AM, yüksek bant genişliği gerektirir, yani ses frekansının iki katı.

Genlik Modülasyonunun Uygulamaları

Genlik Modülasyonunun uygulamaları aşağıdaki gibidir:

Yayıncılık
Genlik Modülasyonu, yüksek frekanslı taşıyıcı sinyalin varlığı nedeniyle mesaj sinyalinin frekansını artırır. Bu avantajından dolayı yayıncılıkta yaygın olarak kullanılmaktadır.Bant radyoları
Genlik Modülasyonu, etkili iletişim için taşınabilir iki yönlü radyolarda ve bant radyolarında kullanılır.

Sayısal Örnekler

Genlik Modülasyonuna dayalı bir örneği tartışalım.

Örnek: Taşıyıcı gücü 400W ve modülasyon indeksi 0,8 olan genlik modülasyonlu sinyalin toplam gücünü bulun.

Çözüm : Genlik modülasyonlu sinyalin toplam gücünü hesaplama formülü şu şekilde verilir:

Pt = Pc (1 + m²/2)

Nerede,

Pt toplam güçtür

PC taşıyıcı güçtür

M modüle edilmiş sinyaldir

Puan = 400 (1 + (0,8)²/2)

c'de iki boyutlu dizi programı

Puan = 400 (1 + 0,64/2)

Puan = 400 (1 + 0,32)

Puan = 400 (1,32)

Pt = 528 Watt

Dolayısıyla genlik modülasyonlu sinyalin toplam gücü 528 watt'tır.

Örnek 2: Tek tonlu modülasyon sinyalinin maksimum verimliliği nedir?

Çözüm : Tek tonlu modülasyon sinyalinin maksimum verimliliği %33'tür.

Verimlilik aşağıdaki formülle verilir:
Verimlilik = sen²/(2 + sen²)

Maksimum verimlilikte u = 1

Verimlilik = 1²/(2 + 1²)

Verimlilik = 1/3

Verimlilik % = 1/3 x 100

Verimlilik % = 100/3

Verimlilik % = 33,33