Как показано на рис. 1.1, спектр сигнала UАМ,модулированного по амплитуде, состоит из спектральной составляющей Uнес, соответствующей несущей частоте, и двух частей - UНБ и UВБ симметрично расположенных относительно несущей.
В своем «цифровом» варианте этот способ модуляции отличается от аналогового только тем, что модулирующий сигнал является дискретным. Значения, которые может принимать амплитуда Аnмодулированного сигнала в процессе модуляции, определяются следующим образом:
Аn = 2n - 1 - М, n = 1, 2, 3, ... М, (1.1)
где М- число возможных состояний модулирующего сигнала.
а)
б)
Рисунок 1.1 Принцип амплитудной модуляции: а - векторное и б - спектральное представление
Пример амплитудной модуляции для случая М = 8 (при передаче 8-позиционного цифрового сигнала) приведен на рис. 1.2,а и б, где показана соответственно форма модулированного и модулирующего сигналов при последовательности дискретных значений модулирующего сигнала: 1, 3, -5, 1, 3.
Уменьшение несущей относительно боковых частот приближает этот вид модуляции к так называемой балансной модуляции, при которой энергия сигнала сосредоточена не в самой несущей, а в боковых частотах. Переворот фазы модулированного сигнала объясняется тем обстоятельством, что изменяется соотношение между амплитудами несущей и боковых частот.
Однако в данном примере, показанном на рис. 1.3, фаза сигнала может изменяться только на 180°, так как в спектре модулированного сигнала присутствуют обе боковые частоты, симметрично расположенные относительно несущей. При амплитудной модуляции обе эти симметричные части спектра несут одинаковую информацию, т.к. повторяют форму спектра модулирующего сигнала. Такая информационная избыточность в современном аналоговом телевидении устраняется частичным подавлением одной боковой полосы частот. Этот способ передачи, называемый амплитудной модуляцией с одной боковой полосой (ОБП), в иностранной литературе обозначается аббревиатурой VSB-AM.
Рисунок 1.3 Амплитудная модуляция при передаче 8-позиционного цифрового сигнала: а – модулированный сигнал; б – модулирующий сигнал
Кроме того, для сокращения полосы частот радиосигнала VSB-AM сокращают также полосу частот модулирующего сигнала. Делают это следующим образом. На рис. 1.3,б показан модулирующий сигнал, который представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с длительностью tс, равной времени передачи одного цифрового символа. Такой сигнал имеет широкую полосу частот. Если эту полосу ограничить фильтром, то импульсы модулирующего сигнала потеряют прямоугольную форму и при декодировании будут создавать взаимные помехи. Если при этом, однако, воспользоваться фильтром нижних частот со специально выбранной частотой среза (фильтр Найквиста), то прямоугольные импульсы на выходе фильтра примут вид функции sin x/x (рис. 1.4,а).
Рисунок 1.4 Модуляция вида VSB-AM: а - формирование модулирующего сигнала из отдельных импульсов вида (sin x)/x; б - осциллограмма радиосигнала VSB-AM
Каждый импульс такой формы имеет амплитуду своего максимума, соответствующую значению передаваемого цифрового символа. На рисунке показана амплитуда импульсов, соответствующая приведенному ранее примеру последовательности символов. Длительность импульса превосходит время передачи символа, однако это не вызывает межсимвольных искажений, так как каждый отфильтрованный таким образом импульс обладает положительным свойством - оказывается равным нулю в тот момент, когда должны быть зафиксированы следующие отсчеты (моменты времени 1-5 на рис. 1.4). Таким образом, в промежутках между отсчетами и амплитуда, и фаза модулированного сигнала могут иметь произвольные значения: амплитуда - ввиду того, что модулирующий сигнал представляет собой сумму импульсов вида sin x/x, а фаза - в силу того обстоятельства, что при подавлении одной боковой полосы исчезает равенство векторов Uhб и Uвб, вследствие чего характер изменения фазы сигнала становится более сложным.
Подавление одной боковой полосы частот сигнала после амплитудной модуляции приводит к сокращению спектра передаваемого сигнала, и, следовательно, к повышению эффективности передачи информации, хотя и несколько ухудшает помехоустойчивость передачи.
Такой способ модуляции использован в американской системе цифрового ТВ вещания ATSC.
