Физическая энциклопедия

ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ


вид модуляции колебаний, при к-ром передаваемый сигнал управляет фазой несущего ВЧ колебания. Если модулирующий сигнал синусоидальный, то спектр и форма сигналов в случае Ф. м. и частотной модуляции совпадают. Различия обнаруживаются при более сложных формах модулирующего сигнала. Ф. м. применяется гл. обр. как промежуточное преобразование в частотную модуляцию с высокой стабильностью несущей частоты.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

(ФМ) - целенаправленное изменение фазы колебат. процесса во времени (см.Колебания).Широко используется для передачи информации путём установления соответствия передаваемой информации с фазой колебат. процесса. Для электрич. колебаний


гдеU0-амплитуда модулированного колебания; y(t)- полная фаза колебаний; w0- частота несущей;Ф0- нач.фаза;Ф(t)-составляющая полной фазы колебаний, изменяющаяся в процессе модуляции. Мгновенная частота модулированного по фазе колебания w(t) является производной по времени полной фазы колебаний:


При модуляции гармоническим сигналом с частотой W


Амплитуда изменения фазытназ. индексом угл. модуляции или д е в и а ц и е й ф а з ы. Макс. отклонение частоты, определяемое из (2) и (3) как Dw=mW наз. д е в и а ц и е й ч а с т о т ы. При гармонической модуляции фазомодулиро-ванное колебание с индексом модуляциитполностью совпадает с частотно-модулированным колебанием с девиацией частоты Dw=mW. Различие между фазовой и частотной модуляцией обнаруживается при модуляции спектром частот. При фазовой модуляции индекс модуляции не зависит от частоты модуляции (т =const), а девиация частоты пропорц. частоте модуляции (Dw=mW). При частотной модуляции девиация частоты не зависит от частоты модуляции (Dw=const) , а индекс модуляции обратно пропорц. частоте модуляцииm=Dw/W

Спектр фазомодулированного колебания даже при модуляции гармоническим сигналом состоит из бесконечного числа боковых составляющих, симметрично отстоящих от частоты несущей w0на величины, кратные частоте модуляции W. Амплитуды боковых составляющихАпвыражаются через Бесселя функции первого родаn-го порядка (см.Цилиндрические функции):


гдеА0-амплитуда немодулированного колебания. Следовательно, сигнал при ФМ занимает бесконечную полосу частот. Большая часть энергии спектра фазомодулированного колебания сосредоточена в ограниченной полосе частот. При малых индексах модуляции (m<<1) осн. энергия спектра сосредоточена в полосе частот 2WB, где WB- наивысшая частота спектра ф-ции изменения фазы (модулирующей ф-ции). При больших индексах модуляции (m<<1) ширина спектра фазомодулированного сигнала близка к удвоенной девиации частоты.

Для передачи информации, заданной в цифровой форме, могут использоваться разл. методы ФМ. К простейшим из них относится дискретная ФМ, или фазовая манипуляция (ФМн), при к-рой производится дискретное переключение фазы колебат. процесса. Составляющая полной фазы колебаний в (1) в этом случае периодически через каждыеТсекунд переключается в соответствии с передаваемым цифровым сигналом. Тактовый интервалТопределяет скорость передачи информации. Внутри тактового интервала Ф(t)=const. Кол-во допустимых фазовых состоянийпопределяет позиционность ФМн. Мин. фазовый сдвиг прип-позиционной ФМн составляет Ф=2p/nрад. При двухпози-ционной ФМн (n= 2) фаза несущего колебания принимает одно из двух значений (0° или 180°) и соответствует передаваемому биту информации. При четырёхпозиционной ФМн (n= 4) фаза несущего колебания принимает одно из четырёх возможных значений, отстоящих друг от друга на 90°. При этом каждое из фазовых состояний соответствует двум битам передаваемой информации.

Разновидностями ФМн являются абсолютная и относительная ФМн. При абс. ФМн передаваемой информации ставится в соответствие абс. фаза ВЧ-сигнала. Для выделения информации на приёмной стороне должна быть известна нач. фаза ВЧ-сигнала Ф0. При относит. ФМн передаваемой информации ставится в соответствие изменение фазы ВЧ-сигнала относительно фазы предыдущей посылки. На приёмной стороне информация выделяется путём сравнения фаз двух соседних посылок.

Осн. характеристики метода модуляции-энергетические и спектральные. Энергетич. характеристикой метода модуляции является его помехоустойчивость, определяющаяся минимально необходимым отношением ср. энергии сигнала в одном бите информацииEбитк спектральной плотности мощности шума на входе приёмного устройства при к-ром обеспечивается приём информации с заданной достоверностью. К спектральным характеристикам метода модуляции относятся минимально необходимая полоса пропускания, требуемая для передачи информации с заданной скоростью, и уровень излучения вне этой полосы. Первая характеристика определяет "компактность" спектра модулированного сигнала, вторая - характеризует его эл.-магн. совместимость (ЭМС).

Дискретная ФМ, и в особенности двухпозиционная ФМн, обладают высокой помехоустойчивостью, что объясняется существенным различием сигналов в двух возможных состояниях (рис. 1).


Рис. 1. Векторные диаграммы сигналов и помехдля двухпозиционной (а) и четырёхпозиционной(б)ФМн: -векторы напряжений сигналов при передаче информационных символов0 и 1 соответственно; -векторы напряжений сигналов при передаче комбинаций из двух информационных символов 00,01, 10, 11 соответственно;UП- вектор напряжения помехи;US- вектор суммы напряженийсигнала и помехи. Штриховкой отмечены области,в которых сигнал с наложенной помехой может быть правильно принят приёмным устройством.

Особенностью ФМн является наличие скачков фазы на границах тактовых интервалов, к-рые могут достигать 180°. Скачки фазы - причина расширения спектра ВЧ-сигнала. Медленное спадание спектра ФМ сигнала ухудшает его спектральные характеристики. Улучшенные характеристики ЭМС достигаются при использовании методов модуляции со сдвигом (офсетные методы модуляции). Эти методы основаны на квадратурном способе получения модуляции. Фазоманипулированный сигнал (1) может быть представлен в виде суммы двух квадратурных составляющих:


Следовательно, для получения ФМн сигнала может использоваться схема, в к-рой производится суммирование двух квадратурных сигналов. В ФМн со сдвигом переключение фазы в одном из квадратурных каналов задерживается на половину тактового интервала (Т/2). В четырёхпозиционной ФМн со сдвигом фаза результирующего сигнала изменяется не более чем на 90°, но переключения фазы имеют место каждыеТ/2секунд. Исключение скачков фазы на 180° приводит к более резкому спаданию спектра за пределами необходимой полосы пропускания. Дополнит. улучшение спектральных характеристик может быть достигнуто путём полного исключения любых разрывов фазы. Существует целый класс видов модуляции с непрерывной фазой. В этих видах модуляции фаза колебания внутри тактового интервала не остаётся постоянной, а плавно изменяется, причём нач. значение фазы наk-ом тактовом интервале совпадает с конечным значением фазы на (k-1)-ом тактовом интервале. Если внутри тактового интервала фаза изменяется по линейному закону, то частота колебаний на каждом тактовом интервале остаётся постоянной. Изменение частоты в этом случае может иметь место только на границах тактовых интервалов, причём в момент скачкообразного изменения частоты разрыва фазы не происходит. Этот вид ФМ наз. частотной модуляцией с непрерывной фазой (ЧМНФ). Составляющая полной фазы колебаний Ф(t) в (1) для сигнала ЧМНФ имеет вид



гдеТ-длительность тактового интервала;D=DfT-индекс манипуляции; Df-отклонение частоты, соответствующее передаче разл. информац. символов;bk=+1 - последовательность информац. символов. ПриD= 0,5 относит. набег фазы за время одного символа равен 90°. Такая модуляция наз. манипуляцией с мин. сдвигом (ММС). "Дерево" возможных изменений относит. набега фазы бинарного ЧМНФ сигнала для случая линейного изменения фазы внутри тактового интервала показано на рис. 2. На границах тактовых интервалов может иметь место разрыв производной фазы (скачок частоты). Скорость спа-дания спектральной плотности ср. мощности (СПМ) для достаточно больших отстроек относительно центр. частоты тем выше, чем большее кол-во непрерывных производных имеет ф-ция изменения фазы. Для увеличения скорости спадания СПМ выбирается такая форма изменения набега фазы, при к-рой обеспечивается непрерывность изменения производных этой ф-ции как внутри тактового интервала, так и на его границах. Сглаживание фазовой характеристики по к.-л. закону осуществляется при помощи соответствующей фильтрации.

Рис. 2. "Дерево" возможных изменений относительногонабега фазы при линейном изменении фазы внутри тактового интервала.


Существенно более высокая скорость спадания СПМ обеспечивается в случае задания фазовой характеристики на основе кодирования информац. цифровой последовательности. Напр., фазовая характеристика может быть задана законом


Этот вид модуляции наз. управляемой частотной модуляцией (УЧМ). На рис. 3 показано изменение фазы Ф(t) при передаче нек-рой информац. цифровой последовательности при использовании модуляции типов ММС, ММС с синусоидальным сглаживанием и УЧМ. На рис. 4 приведены СПМ при передаче последовательности случайных независимых равновероятных двоичных символов этими видами модуляции.


Рис.3. Изменение фазы Ф(t) при модуляции ММС(штриховая линия), ММС с синусоидальным сглаживанием (пунктирная линия) и УЧМ (сплошнаялиния).

Рис. 4. Спектральная плотность средней мощностипри передаче последовательности случайных независимых символов модуляцией ММС (штриховаялиния), ММС с синусоидальным сглаживанием (пунктирная линия) и УЧМ (сплошная линия).

Лит.:1) Говоровcкий И. С., Демин М. П., Радиотехнические цепи и сигналы, 5 изд., М., 1994; 2) Соколинский В. Г., Шейнкман В. Г., Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы, М., 1983; 3) Gronemeyer S. A., McBride A. L., MSK and Offset QPSK modulation, "IEEE Trans. on Commun.", 1976, v. СОМ-24, № 8, p. 809; 4) De Jager F., Dekker С. В., Tamed frequency modulation. A Novel method to achieve spectrum economy in digital transmission, "IEEE Trans. on Commun.", 1978, v. COM-26, № 5, p. 534.В. Г. Шейнкман.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. фазовая модуляция—ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ вид модуляции колебаний iпри кром передаваемый сигнал управляет фазой несущего высокочастотного колебания. По характеристикам Ф. м. близка к частотной м...Большая советская энциклопедия
  2. фазовая модуляция—вид модуляции колебаний См. Модуляция колебанийem при котором передаваемый сигнал управляет фазой несущего высокочастотного колебания. По характеристикам Ф. м. близка к ч...Большая Советская энциклопедия II
  3. фазовая модуляция—периодическое изменение фазы колебаний поопределенному закону медленное по сравнению с периодом колебаний см.Модуляция колебаний....Большой энциклопедический словарь II
  4. фазовая модуляция—ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ периодическое изменение фазы колебаний по определенному закону медленное по сравнению с периодом колебаний см. Модуляция колебаний....Большой энциклопедический словарь III
  5. фазовая модуляция—ФАЗОВАЯ Модуляция периодическое изменение фазы колебаний по определенному закону медленное по сравнению с периодом колебаний см. Модуляция колебаний....Большой Энциклопедический словарь V
  6. фазовая модуляция—периодич. изменение фазы колебаний по определ. закону медленное по сравнению с периодом колебаний см. Модуляция колебании.i...Естествознание. Энциклопедический словарь
  7. фазовая модуляция—Способ модуляции при котором информация передается путем изменения фазы несущей волны с постоянной амплитудой....Метеорологический словарь
  8. фазовая модуляция—фазалы модуляция...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  9. фазовая модуляция—modulation de phase...Политехнический русско-французский словарь
  10. фазовая модуляция—phase modulation...Русско-английский морской словарь
  11. фазовая модуляция—phase modulation...Русско-английский политехнический словарь
  12. фазовая модуляция—сокр. ФМ phase modulation...Русско-английский словарь по физике
  13. фазовая модуляция—phase modulation...Русско-английский словарь по электронике
  14. фазовая модуляция—PM...Русско-английский толковый словарь терминов по информатике
  15. фазовая модуляция—modulazione di fase...Русско-итальянский политехнический словарь
  16. фазовая модуляция—Phasenmodulation Pendelmodulation...Русско-немецкий политехнический словарь
  17. фазовая модуляция—fzov modulace...Русско-чешский словарь
  18. фазовая модуляция—ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ периодическое изменение фазы колебаний по определенному закону медленное по сравнению с периодом колебаний см. Модуляция колебаний....Современный энциклопедический словарь
  19. фазовая модуляция—Фазовая модуляция Фазовая модуляция модуляция в которой при изменении от нуля к единице и от единицы к нулю фаза синусоидальной несущей изменяется на . Фазовая модуляция...Финансовый словарь
  20. фазовая модуляция—ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ периодическое изменение фазы колебаний по определенному закону медленное по сравнению с периодом колебаний см. Модуляция колебаний....Энциклопедический словарь естествознания