Перейти к содержимому
10

[2.1] Модуляция: от амплитудной до квадратурной #

Техник БПЛА · радиосвязь, РЭБ и РЭР

Вид модуляции определяет, сколько данных умещается в полосе частот и при каком отношении сигнал-шум связь ещё сохраняется.

Содержание

1. Назначение модуляции

Модуляция [вики] представляет собой изменение одного из параметров несущего колебания по закону передаваемого сообщения. Без модуляции радиоволна [вики] переносит только факт своего наличия. Изменяемыми параметрами являются амплитуда, частота и фаза.

ВидИзменяемый параметрСтойкость к помехамПрименение в беспилотных системах
Амплитудная модуляцияАмплитудаНизкаяАналоговая передача изображения, служебная связь
Частотная модуляцияЧастотаСредняяАналоговая передача изображения на 5,8 ГГц
Частотная манипуляцияЧастота, два состоянияВысокаяПростые линии телеметрии
Гауссовская частотная манипуляцияЧастота со сглаживаниемВысокаяЛинии телеметрии, служебные каналы
Фазовая манипуляция двухпозиционнаяФаза, два состоянияОчень высокаяСигналы спутниковой навигации
Квадратурная фазовая манипуляцияФаза, четыре состоянияВысокаяЦифровые линии управления
Квадратурная амплитудная модуляцияАмплитуда и фазаСнижается с ростом кратностиЦифровая передача изображения
Линейная частотная модуляцияЧастота по линейному законуОчень высокаяПомехоустойчивые линии, дальномерные системы
↑ К оглавлению

2. Сигнальное созвездие и кратность

Сигнальное созвездие изображает возможные состояния сигнала на плоскости синфазной и квадратурной составляющих. Число точек созвездия определяет, сколько битов переносит один символ:

\( k = \log_{2} M \)

Здесь \( M \) — число точек созвездия, \( k \) — число битов на символ.

Вид модуляцииТочек созвездияБитов на символТребуемое отношение сигнал-шум
Двухпозиционная фазовая манипуляция21около 9,6 дБ
Квадратурная фазовая манипуляция42около 12,6 дБ
Восьмипозиционная фазовая манипуляция83около 17,0 дБ
Квадратурная амплитудная модуляция 16 позиций164около 20,0 дБ
Квадратурная амплитудная модуляция 64 позиции646около 26,0 дБ
Квадратурная амплитудная модуляция 256 позиций2568около 32,0 дБ

Значения приведены для вероятности ошибки на бит порядка одной стотысячной без применения помехоустойчивого кодирования [вики].

Главный вывод. Каждое удвоение числа точек созвездия требует повышения отношения сигнал-шум [вики] примерно на 3–6 дБ. Поэтому цифровая передача изображения на большой дальности автоматически переходит на модуляцию меньшей кратности, снижая разрешение и частоту кадров, но сохраняя связь.

↑ К оглавлению

3. Ширина полосы и скорость передачи

Предельная скорость передачи в канале с шумом определяется формулой Шеннона [вики]:

\( C = B \log_{2} \left( 1 + \dfrac{S}{N} \right) \)

Здесь \( C \) — пропускная способность [вики] в битах в секунду, \( B \) — ширина полосы в герцах, \( S/N \) — отношение сигнала к шуму в разах.

Расчётный пример

Канал шириной 20 МГц при отношении сигнал-шум 20 дБ, то есть 100 раз, имеет предельную пропускную способность \( 20 \cdot 10^{6} \cdot \log_{2}(101) \approx 133 \) Мбит/с. При ухудшении отношения сигнал-шум до 5 дБ, то есть 3,16 раза, пропускная способность падает до \( 20 \cdot 10^{6} \cdot \log_{2}(4{,}16) \approx 41 \) Мбит/с. Именно так ведёт себя цифровая линия передачи изображения при удалении аппарата: разрешение и частота кадров снижаются, задержка возрастает.

3.1 Соотношение полосы и скорости для командной линии

ЛинияПолосаСкоростьЗадержка
Командная линия, режим 50 Гцоколо 500 кГцединицы кбит/сот 20 до 30 мс
Командная линия, режим 500 Гцоколо 1 МГцдесятки кбит/сот 4 до 8 мс
Телеметрияот 50 до 250 кГцот 2 до 50 кбит/сот 50 до 200 мс
Аналоговая передача изображенияот 17 до 27 МГцне применимоот 20 до 40 мс
Цифровая передача изображенияот 10 до 40 МГцот 5 до 50 Мбит/сот 28 до 120 мс
↑ К оглавлению

4. Наблюдение модуляции на практике

Вид модуляции опознаётся по форме спектра и по виду сигнала на водопадной диаграмме. Это основной навык при радиомониторинге.

Признак на водопадной диаграммеВероятный источник
Узкая непрерывная линия без модуляцииНесущая без передачи данных, маяк, помеха
Две близкие линии, попеременно меняющие уровеньЧастотная манипуляция
Прямоугольный блок шириной от 1 до 2 МГц, появляющийся периодическиПакетная передача командной линии
Множество коротких блоков, перемещающихся по полосеПсевдослучайная перестройка рабочей частоты
Широкая полоса с приподнятым уровнем, постоянная во времениАналоговая передача изображения
Наклонная полоса, повторяющаяся с постоянным периодомСвипирующая помеха
Равномерное повышение уровня во всей полосеЗаградительная шумовая помеха

Практическая работа 2.1

Цель. Научиться распознавать вид модуляции по спектру и водопадной диаграмме.

Порядок выполнения. На приёмнике программно-определяемого радио последовательно наблюдать: работающую командную линию в режимах 50 и 500 пакетов в секунду, линию телеметрии [вики], передатчик изображения. Для каждого источника измерить ширину полосы по уровню минус 20 дБ, определить период повторения пакетов, сохранить изображение спектра.

Критерий выполнения. По сохранённым изображениям спектра источник опознаётся без подписи, указана ширина полосы каждого излучения.

↑ К оглавлению

5. Проверьте себя

  1. Сколько битов переносит один символ при квадратурной амплитудной модуляции на 64 позиции?
  2. Почему при удалении аппарата цифровая линия изображения снижает разрешение?
  3. Какое отношение сигнал-шум требуется для квадратурной фазовой манипуляции?
  4. Как по водопадной диаграмме отличить перестройку частоты от заградительной помехи?
  5. Что определяет предельную пропускную способность канала по формуле Шеннона?

Контрольный перечень

↑ К оглавлению

6. Источники

  1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение.
  2. Прокис Дж. Цифровая связь, главы о видах модуляции и помехоустойчивости.
  3. Рекомендация Международного союза электросвязи ITU-R SM.1600 о технической идентификации цифровых сигналов.

Проверено: 20.09.2026

↑ К оглавлению
  • мод. : Понедельник, 21 сентября 2026