Grundlagen der Signalmodulation: AM, FM und PM

Grundlagen der Signalmodulation

Lineare Modulation (AM)

Die AM-Modulation ist linear, da sie einen Prozess der Verbreitung von Informationen zwischen einem Signal und einem Trägersignal beinhaltet. Bei linearer Modulation variiert die Amplitude des Trägers so, dass diese Änderung entsprechend den Schwankungen des Niveaus des modulierenden Signals erfolgt.

Synchrone Demodulation

Das Eingangssignal wird zuerst mit einem lokal erzeugten Sinussignal multipliziert und dann durch ein Tiefpassfilter übergeben. Die Bandbreite ist dabei nahezu gleich der der Nachricht, nur geringfügig größer. Es wird angenommen, dass der lokale Oszillator mit dem Träger bezüglich Phase und Frequenz exakt synchronisiert ist.

Phasen- und Frequenzmodulation (PM und FM)

• FM (Frequenzmodulation): Änderungen der Informationen zeigen sich in der Variation der Frequenz.
• PM (Phasenmodulation): Variationen im Signal erzeugen Änderungen in der Phase.

Beim PM-Index ist die Änderung direkt proportional zur Amplitude des modulierenden Signals und unabhängig von der Frequenz. Beim FM-Index ist die Änderung direkt proportional zur Amplitude des modulierenden Signals und umgekehrt proportional zur Frequenz.

Einseitenband- und Restseitenbandverfahren

Bei BLU (Band-Limited Single Sideband) wird eines der Seitenbänder eines DSB-SC-Signals durch ein entsprechendes Bandpassfilter eliminiert. Bei einem Einseitenbandsystem wird nur ein Seitenband vollständig unterdrückt (z. B. USB).

Einfluss auf die Sendeleistung

Die Sendeleistung hat keinen Einfluss, da sie von der Amplitude des Trägersignals abhängt.

Energieeffizienz bei FM

Bei der FM-Übertragung kann ein Wirkungsgrad von nahezu 100 % erreicht werden. Dies wird durch die Wahl eines geeigneten Wertes für $B$ erreicht, der in der ENSTA-Situation etwa 2,4 betragen sollte, um so viel Leistung in der Seitenbandkomponente zu erreichen.

Bandbreite (BW) und Trägerleistung (Pc)

Die Erhöhung der Bandbreite hat keinen Einfluss auf die Trägerleistung ($P_c$), da die Bandbreite nicht vom Trägersignal abhängt, sondern von $B$ und $F_m$ (maximale Modulationsfrequenz).

Zusammenhang zwischen $B$ und BW bei FM

Eine Erhöhung von $B$ (Modulationsindex) erhöht die sde BL (wahrscheinlich Seitenbandleistung) und somit auch die Bandbreite (BW).

Unterschiede zwischen Schmalband- und Breitband-FM

Bei der Schmalband-FM wird wesentlich weniger Information übertragen, als dies bei der Breitband-FM möglich wäre.

• Ein UKW-Signal belegt eine schmalere Bandbreite als AM, d.h. $BW_{AM} = 2w_m$, während $BW_{FM} = 2(n + w_m)$ (wobei $n$ der Modulationsindex ist).

Die Technik bietet den Vorteil der Wiederherstellung der Trägeramplitude beim demodulierten Signal.

Der Vorteil ist die Möglichkeit, einen Hüllkurvendetektor im Empfänger zu nutzen, um $f(t)$ zu bestimmen.