в каком случае частотная модуляция является широкополосной

Широкополосная модуляция

представляет собой широко применяемый метод разбиения информации перед беспроводной передачей на управляемые фрагменты. Расширение спектра частот было изобретено киноактрисой Хедди Ламар (Heddy Lamar), которая до сих пор владеет патентом на данное изобретение и сравнительно недавно получила за это правительственную награду.

По существу, широкополосная модуляция сводится к разделению передаваемой информации по нескольким радиоканалам с разными частотами. Обычно таких частот около 70, и информация передается по всем или большинству из них, а затем на принимающем конце радиосистемы демодулируется или объединяется.

Используются два типа широкополосной модуляции:

• метод прямой последовательности (direct sequence spread spectrum — DSSS);

• метод частотных скачков (frequency hopping spread spectrum — FHSS).

Модуляция DSSS обеспечивает более высокие скорости передачи, вплоть до 11 Мбит/с. В системах FHSS достигаются скорости до 3 Мбит/с. Поскольку FHSS использует метод частотных скачков, в этом случае большее количество индивидуальных систем могут сосуществовать в одной области не создавая помех друг для друга. Однако системы, использующие метод прямой последовательности, более устойчивы по отношению к местным помехам. При одном и том же уровне мощности передатчика системы DSSS имеют меньший уровень мощности по спектральной плоскости. Это означает, что одна и та же мощность излучается в более широком диапазоне частот, что в целом ослабляет влияние помех от других локальных систем, использующих тот же диапазон частот.

Для пояснения сути широкополосной модуляции ее часто сравнивают с грузом, который на станции равномерно распределяется по нескольким поездам, отправляющимся в одно и то же время, а по прибытии поездов на место снова объединяется. При этом фрагменты часто дублируются, так что в случае искажения или потери при передаче избыточность, свойственная данной архитектуре, делает такой канал передачи данных более надежным.

методом прямой последовательности (DSSS) отличается невысокой сложностью и не требует выравнивания. Обычно используется узкополосный QPSK-сигнал, который умножается (или распространяется) на гораздо более широкий спектр частот. Требуемая ширина спектра рассчитывается по формуле 10 (SNR / 10) х скорость передачи узкополосного сигнала.

Например, если SNR составляет 20 дБ, то для получения приемлемого уровня BER общая ширина спектра, необходимая для передачи цифрового сигнала со скоростью 6 Мбит/с, составляет 600 МГц.

Таким образом, эта технология не очень эффективно использует полосу пропускания. Кроме того, скорость дискретизации на приемнике должна быть примерно в 100 раз больше скорости передачи данных. Следовательно, для рассматриваемой гипотетической системы скорость дискретизации должна составлять 600 миллионов квантов в секунду.

При использовании DSSS все «поезда» отправляются по очереди, начиная с «поезда» №1 и заканчивая «поездом» № N (количество «поездов» соответствует числу каналов в широкополосной системе). В архитектуре DSSS все » поезда» всегда отправляются в одном и том же порядке, хотя количество » железнодорожных путей» может составлять сотен и даже тысяч.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA) обеспечивает возможность нескольких передач одновременно. Каждый поток данных умножается на псевдослучайный шумоподобный код (pseudorandom noise code — PN code). Все абоненты системы CDMA используют одну и ту же полосу частот. Каждый сигнал распространяется по нему поверх предыдущего и накладывается на него посредством распространения кода в одном и том же временном промежутке. Переданный сигнал восстанавливается с помощью PN-кода.

Данные, переданные другими абонентами, воспринимаются как «белый шум» и отбрасываются при приеме. Любой узкополосный шум в процессе восстановления сигнала размывается. Преимуществом технологии CMDA является возможность использования одной полосы частот для всех абонентов. Однако в системах с несколькими передатчиками и приемниками необходим точный контроль мощности, чтобы ни один из абонентов не заглушал других на этой частоте. Такой контроль мощности является основным ограничением CMDA-архитектур.

В архитектуре широкополосной модуляции методом частотных скачков (Frequency Hopping Spread Spectrum — FHSS) » поезда» отправляются беспорядочно, а не один за другим, т.е. начиная с «поезда» №1 и заканачивая «поездом» N. В лучших системах FHSS «поезда», у которых по пути встретились помехи, не отправляются повторно до тех пор, пока помехи не ослабнут. Другими словами, некоторые каналы (частоты) не используются до уменьшения интенсивности помех.

Обычно помехи захватывают сразу несколько каналов. Поэтому системы DSSS имеют тенденцию терять больше данных от помех при передаче по последовательным каналам. Системы FHSS «перепрыгивают» между каналами в произвольном порядке. Лучшие из них позволяют определить наиболее зашумленные каналы и избегают их использования при передаче данных, что обеспечивает очень низкую частоту битовых ошибок. Выбор конкретного подхода определяется требованиями заказчика. В основном это ограничения по наложению сигналов и радиочастотное окружение.

В системах с частотным уплотнением (Frequency-Division Multiplexing — FDM) существующая полоса частот делится на несколько подканалов, среди которых распределяются передаваемые данные. Поскольку каждый подканал обрабатывается независимо от других, вокруг него создается защитная частотная полоса. Наличие такой защитной полосы снижает эффективность использования частотного диапазона. В некоторых FDM-системах до 50% полосы пропускания тратится впустую. В большинстве FDM-систем каждый абонент «привязывается » к своему подканалу, из-за чего скорость передачи данных не может превышать емкости этого подканала. Даже если некоторые подканалы свободны, их полоса частот не может использоваться другими подканалами.

В системах ортогонального мультиплексирования с делением частоты (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing — OFDM), как и в системах FDM, диапазон частот делится на несколько подканалов или тонов, по которым передаются данные (рис. 20.13). Однако в системах OFDM каждый тон рассматривается как ортогональный (независимый, несвязанный) по отношению к соседним, и, таким образом, не требующий защитной полосы частот. Поскольку системы OFDM требуют создания защитной полосы частот только вокруг всего диапазона, эффективность использования ими полосы частот значительно выше, чем в системах FDM. Так как системы OFDM состоят из большого количества узкополосных тонов, то узкополосная интерференция будет влиять только на небольшие фрагменты сигнала и почти не повлияет на остальные частотные составляющие.

В системах OFDM для уменьшения межсимвольных помех, вызванных задержкой распространения, используется пакетная передача данных. Данные передаются пакетами, каждый из которых состоит из циклического префикса и следующих за ним символов данных. Например, сигнал OFDM на частоте 6 МГц состоит из 512 отдельных несущих частот (или тонов), каждая из которых переносит один символ QAM в одном пакете. Циклический префикс используется для поглощения переходных процессов, вызванных наложением сигнала от предыдущих пакетов, и состоит из дополнительных 64 символов.

Рис. 20.13. Пример тонов OFDM

В каждом символьном периоде передается 576 символов, и только 512 из них являются символами QAM. Обычно к тому времени, когда закончится передача циклического префикса, полученная волна, представляющая собой комбинацию полезных сигналов, не является функцией каких-либо частей предыдущего пакета. Таким образом обеспечивается отсутствие межсимвольных помех. Длительность циклического префикса должна быть больше задержки многоканальных сигналов. Для системы с частотой 6 МГц период одного цикла составляет 0,16 мс. Следовательно, общая продолжительность циклического префикса равна 10,24 мс, что превышает ожидаемую задержку распространения, составляющую 4 мс.

Кроме стандартных принципов OFDM, применяется пространственное разнесение, позволяющее повысить устойчивость системы к шумам, наложению сигналов и каналов. Такой принцип называется направленным ортогональным мультиплексированием с разделением частот (Vectored OFDM — VOFDM). Пространственное разнесение — распространенная технология повышения производительности в средах с наложением сигналов. Поскольку наложение сигналов является результатом нескольких отраженных сигналов, то оно зависит от места расположения принимающей антенны. Если в системе существует две и более антенны, то у каждой из них будет свое наложение сигналов. Каждый канал будет по-разному влиять на каждую антенну, так что несущие частоты, непригодные для одной антенны, могут оказаться подходящими для другой. Для этого антенны должны располагаться на расстоянии, которое превышает длину волны по меньшей мере в 10 раз.

Использование нескольких антенн позволяет значительно улучшить соотношение сигнал/шум. Обычно вторая антенна позволяет улучшить такой показатель приблизительно на 3 дБ в системах LOS и до 10 дБ в остальных средах.

Элементы единой сети

В единую сеть входят следующие общие элементы:

• системы управления сетями;

Под абонентской сетью понимается сеть для передачи речи, данных или видео, которая принадлежит или будет принадлежать абоненту. В рассматриваемом случае границей между сетью абонента и сетью доступа обычно можно считать канальные банки, мини-АТС, маршрутизаторы или устройства мультисервисного доступа.

Оборудование абонентских сетей получает сигналы от концентратора, преобразует их в данные, пригодные для обработки абонентами, а также передает данные обратно концентратору. Передатчик, приемник и антенна обычно помещаются в компактном внешнем модуле, который монтируется на крыше здания (rooftop unit — RTU) и размер которого не превышает спутниковой телеантенны. Такой модуль располагается на крыше здания, где помещается абонент, в пределах прямой видимости ближайшего концентратора LMDS. Для обеспечения максимальной производительности RF-канала при установке производится настройка модуля.

Внутренний модуль, модуль сетевого интерфейса (network interface unit — NIU), выполняет модуляцию, демодуляцию, служит внутренним проводным интерфейсом и обеспечивает промежуточную частоту для RTU. Поскольку оборудование абонента нуждается в разных интерфейсах, NIU должен обладать широким спектром как физических, так и логических интерфейсов.

Модули NIU разработаны для удовлетворения потребностей разных абонентов, нуждающихся в Tl/El, POTS, Ethernet и других стандартных сетевых интерфейсах. Эти интерфейсы обеспечиваются NIU при помощи плат межсетевого взаимодействия (interworking function cards — IWF cards). Благодаря различным типам IWF-плат модули NIU обеспечивают преобразование входных данных в ячейки ATM и снабжают их соответствующей сигнализацией. Широко распространены IWF-платы для lOBaseT, для эмуляции каналов Т1/Е1 и другие. В состав функций модуля NIU также входит передача промежуточной частоты на обрабатывающий элемент в модуле RTU.

Под сетью доступа понимается сеть передачи и распространения, служащая мостом между абонентскими сетями и центральной сетью. В рамках данного обсуждения основным транспортным средством передачи от точки присутствия (POP) в сети доступа к абонентам является радио, а распространение данных между точками присутствия сети доступа осуществляется по беспроводному каналу или по волоконно-оптическому кабелю.

Под базовыми или центральными сетями понимаются открытые или частные магистральные сети, которые используются операторами сетей доступа для соединения множества географически разнесенных точек присутствия и элементов сетей провайдеров открытых служб. В рамках данного обсуждения границей между сетью доступа и центральной сетью можно считать центральный коммутатор, который является расположенным в восходящем направлении получателем (upstream destination point) для множества ветвей и элементов сети доступа.

Система управления сетью (Network Management System — NMS) и входящая в ее состав система операционной поддержки (Operational Support System — OSS) связывают в единое целое все элементы сети и обеспечивают выполнение основных задач по обработке информации. Полноценная система управления сетью представляет собой исключительно сложный комплекс программных платформ средней и высокой степени интеграции. В рамках настоящей главы можно считать, что данная система состоит из средств управления элементами на каждом уровне сети доступа; полное описание системы NMS выходит за рамки этой главы.

В идеальном случае NMS должна обеспечивать сквозное функционирование беспроводных и проводных элементов сети, включая магистраль и абонентские сети.

Система управления сетью обеспечивает управление службами, сетью и ее элементами независимо от производителя и технологии, в том числе:

Более подробно функции системы управления сетью можно описать следующим образом.

• Создание интегрированной карты топологии с отображением узлов и каналов сети с системой предупреждений.

• Хранение описания физических (узлы и каналы) и логических (каналы и PVC) элементов топологии сети.

• Обслуживание абонентского интерфейса для сообщения о состоянии сети и абонентов.

• Сбор статистики о производительности PCR, SCR, MBS, CDVT, а также о состоянии сетей и каналов.

• Сбор SLA-информации о деятельности абонентов и предупреждение о нарушениях ими своих полномочий.

• Анализ предупреждений и вызвавших их причин.

• Имитация работы сети для выяснения, полностью ли устранена проблема.

• Документирование проблем, управление обслуживающим персоналом.

• Формирование отчетов о производительности на основании собранных статистических данных с точки зрения абонента и сети.

• Ведение счетов за пользование АТМ-соединениями.

• Ведение защищенного от записи журнала учета соединений.

Как уже отмечалось, абоненты яруса 1 (tier 1) используют партнерскую экосистему развертывания Cisco. Развертывание систем с ВТА, МТА и общенациональных систем требует следующих знаний и ресурсов:

• конструкции (башни, мачты);

• лицензирование (FCC и местные согласования частот, конструкции, доступа);

• инспекция местности (оценка радиочастотной обстановки);

• интеграция (выбор и приобретение различных RF-компонентов);

• развитие сети (заключение контрактов с заказчиками);

• финансирование (обеспечение финансирования проекта);

• установка (сборка компонентов);

• обеспечение (запасными частями)

Руководство по технологиям объединенных сетей, 4-е издание. : Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2005. — 1040 с.: ил. – Парал. тит. англ.

Источник

Теория радиоволн: аналоговая 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.

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

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Широкополосная частотная модуляция

Широкополосная частотная модуляция применяется при высококачественном радиовещании и для звукового сопровождения телевизионных передач. [1]

Широкополосная частотная модуляция может быть осуществлена путем подачи модулирующего напряжения на отражательный электрод клистрона, кроме нормального постоянного напряжения. Постоянство средней частоты обычно поддерживается введением объемного резонатора клистрона в термостат и стабилизацией напряжений, подаваемых на клистрон. [2]

Широкополосная частотная модуляция использует спектр частот, значительно превосходящий максимальную частоту модулирующего сигнала. Поэтому частотную модуляцию применяют в основном в диапазоне метровых и более коротких волн, где имеется реальная возможность выделить нужные участки частотного диапазона. Последнему способствует и ограниченный радиус действия радиостанций в этом диапазоне. [3]

Преимущество широкополосной частотной модуляции в ослаблении действия помех проявляется только в том случае, когда уровень всей помехи на входе частотного детектора меньше уровня ЧМ сигнала. В противном случае мгновенная частота ЧМ колебания будет управляться не полезным сигналом, а помехой, и влияние помехи резко возрас-стет. Максимальное частотное отклонение не следует брать слишком большой величины, так как при увеличении Л / с тах необходимо увеличить ширину полосы пропускания приемника, что увеличивает уровень всех помех на входе частотного детектора. [4]

Следует подчеркнуть, что преимущества широкополосной частотной модуляции сохраняются, пока помеха на входе детектора слабее сигнала и пока обеспечивается полное ограничение амплитуды колебания на входе детектора. В тех же случаях, когда помеха сильнее сигнала, имеет место подавление сигнала. [5]

Из-за большой ширины спектра ЧМ сигнала широкополосная частотная модуляция применяется в диапазонах метровых и дециметровых волн. [6]

С точки зрения ширины полосы частот широкополосная частотная модуляция является неэкономичной. Однако достоинством такого вида частотной модуляции является ее повышенная помехозащищенность. [8]

Только при этих условиях удается обеспечить необходимую для широкополосной частотной модуляции ширину канала связи, а также избежать искажений сигнала, связанных с многократностью путей распространения радиоволн. [9]

Увеличение объема сигнала путем расширения спектра его частот осуществляется применением соответствующей по виду модуляции. Например, широкополосная частотная модуляция обеспечивает большую помехоустойчивость, чем амплитудная модуляция. [14]

Источник

широкополосная модуляция

06.01.29 широкополосная модуляция [ spread spectrum modulation]: Модуляция, при которой усредненная спектральная плотность мощности переданного сигнала распределяется по случайному или квазислучайному закону в полосе частот, ширина которой намного больше, чем та, которая требуется для передаваемой информации.

[МЭК 60050-725, 725-14-30]

Смотри также родственные термины:

06.01.32 широкополосная модуляция с дискретной перестройкой несущей частоты [ frequency hopping spread spectrum modulation; FHSS]: Широкополосная модуляция, при которой несущая частота автоматически изменяется в короткие интервалы времени, причем ее выбор производится по псевдослучайному закону из группы частот в полосе, которая значительно шире полосы частот, требуемой для передаваемой информации.

06.01.31 широкополосная модуляция с непосредственной передачей псевдослучайной последовательности [ direct sequence spread spectrum modulation; DSSS]: Широкополосная модуляция, при которой каждый элемент цифрового информационного сигнала передается в виде псевдослучайной последовательности цифровых элементов со скоростью, которая намного больше скорости информационного сигнала в битах.

[МЭК 60050-725, 725-14-31]

широкополосная модуляция с непосредственной передачей псевдослучайной последовательности — 06.01.31 широкополосная модуляция с непосредственной передачей псевдослучайной последовательности [ direct sequence spread spectrum modulation; DSSS]: Широкополосная модуляция, при которой каждый элемент цифрового информационного сигнала… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

широкополосная частотная модуляция несущей — широкополосная ЧМ Частотная модуляция несущей, при которой девиация частоты колебаний в несколько раз превосходит максимальную частоту модулирующего сигнала. [ГОСТ 24375 80] Тематики радиосвязь Обобщающие термины радиопередача Синонимы… … Справочник технического переводчика

широкополосная частотная модуляция — Частотная модуляция, у которой индекс модуляции значительно больше единицы. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под редакцией Ю.М. Горностаева. Москва, 2002] Тематики электросвязь, основные… … Справочник технического переводчика

Широкополосная частотная модуляция несущей — 131. Широкополосная частотная модуляция несущей Широкополосная ЧМ Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

широкополосная частотная модуляция — plačiajuostis dažnio moduliavimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. wideband frequency modulation vok. Breitbandfrequenzmodulation, f rus. широкополосная частотная модуляция, f pranc. modulation de fréquence à bande large, f … Automatikos terminų žodynas

Широкополосная частотная модуляция несущей — 1. Частотная модуляция несущей, при которой девиация частоты колебаний в несколько раз превосходит максимальную частоту модулирующего сигнала Употребляется в документе: ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь

ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762-4-2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 4. Общие термины в области радиосвязи — Терминология ГОСТ Р ИСО/МЭК 19762 4 2011: Информационные технологии. Технологии автоматической идентификации и сбора данных (АИСД). Гармонизированный словарь. Часть 4. Общие термины в области радиосвязи оригинал документа: ALOHA [ALOHA slotted]:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Поверхностная акустическая волна — 2. Поверхностная акустическая волна ПАВ Акустическая волна, распространяющаяся вдоль поверхности звукопровода и затухающая экспоненциально по мере проникновения в глубину звукопровода Источник: ГОСТ 28170 89: Изделия акустоэлектронные. Термины и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Метод расширения спектра методом прямой последовательности — Технологии модуляции п·Аналоговая модуляция AM · SSB · ЧМ(FM) · ЛЧМ · ФМ(PM) · СКМ Цифровая модуляция АМн&#1 … Википедия

Источник

Как данные передаются по радио?

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

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 большую 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:

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).

Источник