Основи модулювання методів

"Цифрово-аналогове перетворення - це процес зміни однієї з характеристик аналогового сигналу на основі інформації в цифрових даних. Синусоїда визначається трьома характеристиками: амплітудою, частотою та фазою. Коли ми змінюємо когось із цих характеристик, ми створюємо іншу версію цієї хвилі. Отже, змінюючи одну характеристику простого електричного сигналу, ми можемо використовувати його для представлення цифрових даних. ----- FMUSER"


Існує три механізми модуляції цифрових даних в аналоговий сигнал: клавіша зсуву амплітуди (ASK), клавіша зсуву частоти (FSK) та клавіша зсуву фаз (PSK). Крім того, існує четвертий (і кращий) механізм, який поєднує зміну як амплітуди, так і фази, що називається квадратурної амплітудної модуляції (QAM).

ширина смуги
Необхідна пропускна здатність для аналогової передачі цифрових даних пропорційна швидкості сигналу, за винятком FSK, в якій потрібно додати різницю між несучими сигналами.

Див також: >> Порівняння 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Сигнал несучої
В аналоговій передачі пристрій, що пересилає, виробляє високочастотний сигнал, який виступає в якості бази для інформаційного сигналу. Цей базовий сигнал називається несучим сигналом або несучою частотою. Приймальний пристрій налаштовується на частоту сигналу несучої, який він очікує від відправника. Потім цифрова інформація змінює несучий сигнал, модифікуючи одну або кілька його характеристик (амплітуду, частоту або фазу). Такий вид модифікації називається модуляція (зміна клавіш).

1. Клавіша зсуву амплітуди:
У клавіші зсуву амплітуди амплітуда несучого сигналу змінюється для створення сигнальних елементів. І частота, і фаза залишаються постійними, коли амплітуда змінюється.

Двійковий ASK (БАЗА)
ASK зазвичай реалізується з використанням лише двох рівнів. Це називається двійковою клавішею зсуву амплітуди або ввімкненням (OOK). Пікова амплітуда одного рівня сигналу дорівнює 0; інший такий же, як амплітуда несучої частоти. На наступному малюнку представлений концептуальний вигляд двійкових ASKS.

 

Див також: >> Яка різниця між AM та FM? 

Реалізація:
Якщо цифрові дані представлені у вигляді однополярного цифрового сигналу NRZ з високою напругою 1 В і низькою напругою 0 В, реалізація може бути досягнута шляхом множення цифрового сигналу NRZ на несучий сигнал, що надходить від генератора, який представлений на наступному малюнку. Коли амплітуда сигналу NRZ дорівнює 1, амплітуда несучої частоти утримується; коли амплітуда сигналу NRZ дорівнює 0, амплітуда несучої частоти дорівнює нулю.




Пропускна здатність для ASK:
Сигнал несучої - це лише одна проста синусова хвиля, але процес модуляції створює неперіодичний композитний сигнал. Цей сигнал має безперервний набір частот. Як ми очікуємо, пропускна здатність пропорційна швидкості сигналу (швидкість передачі).

Однак зазвичай існує ще один фактор, який називається d, який залежить від процесу модуляції та фільтрації. Значення d знаходиться в межах від 0 до 

●Це означає, що пропускну здатність можна виразити так, як показано, де S - швидкість сигналу, а B - пропускна здатність.

З формули видно, що необхідна пропускна здатність має мінімальне значення S і максимальне значення 2S. Найважливіший момент тут - розташування пропускної здатності. Середина пропускної здатності знаходиться там, де знаходиться fc несуча частота. Це означає, що якщо у нас є смуговий канал, ми можемо вибрати наш fc, щоб модульований сигнал займав цю пропускну здатність. Це насправді найважливіша перевага цифро-аналогового перетворення.

Див також: >>Що таке QAM: квадратурна амплітудна модуляція 

2. Клавіша зсуву частоти

У клавіші зсуву частоти частота несучого сигналу змінюється для представлення даних. Частота модульованого сигналу є постійною протягом тривалості одного сигнального елемента, але змінюється для наступного сигнального елемента, якщо змінюється елемент даних. І амплітуда піку, і фаза залишаються постійними для всіх сигнальних елементів.

Бінарний FSK (BFSK)
Один із способів думати про двійковий FSK (або BFSK) - це розглянути дві несучі частоти. На наступному малюнку ми вибрали дві несучі частоти f1 і f2. Ми використовуємо перший носій, якщо елемент даних дорівнює 0; ми використовуємо другий, якщо елемент даних дорівнює 1.




На наведеному вище малюнку видно, що середина однієї пропускної здатності дорівнює f1, а середина іншої - f2. І f1, і f2 розташовані на відстані від середньої точки між двома смугами. Різниця між двома частотами - 2∆f.

Див також: >> Модулятор і демодулятор QAM  

Реалізація:
Існує дві реалізації BFSK: некогерентна та когерентна. У некогерентному BFSK може спостерігатися розрив фази, коли один сигнальний елемент закінчується, а наступний починається. У когерентному BFSK фаза триває через межу двох сигнальних елементів. Не узгоджений BFSK може бути реалізований, обробляючи BFSK як дві модуляції ASK та використовуючи дві несучі частоти. Узгоджений BFSK може бути реалізований за допомогою одного генератора, керованого напругою (VCO), який змінює свою частоту відповідно до вхідної напруги.

На наступному малюнку показана спрощена ідея, що стоїть за другою реалізацією. Вхід до генератора - однополярний сигнал NRZ. Коли амплітуда NRZ дорівнює нулю, генератор зберігає свою звичайну частоту; коли амплітуда позитивна, частоту збільшують.

Пропускна здатність для BFSK:

Наведений малюнок показує пропускну здатність FSK. Знову сигнали несучої - це лише прості синусоїди, але модуляція створює неперіодичний композитний сигнал з безперервними частотами. Ми можемо розглядати FSK як два сигнали ASK, кожен з яких має власну несучу частоту f1 і f2. Якщо різниця між двома частотами дорівнює 2∆f, то необхідна пропускна здатність дорівнює

3. Фазовий зсув:
У клавіші зсуву фаз фаза несучої змінюється для представлення двох або більше різних сигнальних елементів. І амплітуда піку, і частота залишаються постійними в міру зміни фази.

Бінарний PSK (BPSK):
Найпростіший PSK - це двійковий PSK, в якому ми маємо лише два сигнальних елемента, один з фазою 0 °, а другий з фазою 180 °. На наступному малюнку представлений концептуальний вигляд PSK. Бінарний PSK такий же простий, як і двійковий ASK з однією великою перевагою - він менш чутливий до шуму. В ASK критерієм виявлення бітів є амплітуда сигналу. Але в PSK це фаза. Шум може змінити амплітуду легше, ніж може змінити фазу. Іншими словами, PSK менш чутливий до шуму, ніж ASK. PSK перевершує FSK, оскільки нам не потрібні два сигнали несучої.

Смугаширина:
Пропускна здатність така ж, як і для двійкового ASK, але менша, ніж для BFSK. Для розділення двох несучих сигналів не витрачається смуга пропускання.

Див також: >>512 QAM проти 1024 QAM проти 2048 QAM проти 4096 QAM типів модуляції

Реалізація:
Реалізація BPSK така ж проста, як і для ASK. Причина полягає в тому, що сигнальний елемент з фазою 180 ° може розглядатися як доповнення сигнального елемента з фазою 0 °. Це дає нам уявлення про те, як реалізувати BPSK. Ми використовуємо полярний сигнал NRZ замість однополярного сигналу NRZ, як показано на наступному малюнку. Полярний сигнал NRZ множиться на несучу частоту. 1 біт (позитивна напруга) представлений фазою, що починається з 0 °, 0 біт (негативна напруга) представлений фазою, що починається при 180 °.

 

4. Модуляція амплітуди квадратури (QAM)
PSK обмежений здатністю обладнання розрізняти невеликі відмінності по фазі. Цей фактор обмежує його потенційну швидкість передачі бітів. Поки ми змінювали лише одну з трьох характеристик синусоїди одночасно; але що робити, якщо ми змінимо два? Чому б не поєднати ASK і PSK? Ідея використання двох носіїв, однієї фазової та іншої квадратури, з різними рівнями амплітуди для кожного носія є концепцією, що стоїть за квадратурною амплітудною модуляцією (QAM).

Можливі варіанти QAM безліч. На наступному малюнку показані деякі з цих схем. На наступному малюнку Частина А показана найпростіша схема 4-QAM (чотири різних типу сигнальних елементів) з використанням однополярного сигналу NRZ для модуляції кожного несучого. Це той самий механізм, який ми використовували для ASK (OOK). Частина b показує ще 4-QAM з використанням полярної NRZ, але це точно так само, як QPSK. Частина c показує ще один QAM-4, в якому ми використовували сигнал з двома позитивними рівнями для модуляції кожного з двох носіїв. Нарешті, частина - d показує 16-QAM сузір'я сигналу з вісьмома рівнями, чотирма позитивними та чотирма негативними.

Вам також може сподобатися: >>Яка різниця між "dB", "dBm" та "dBi"? 
                                >>Як завантажувати / додавати списки відтворення M3U / M3U8 IPTV вручну на підтримуваних пристроях
                                >>Що таке VSWR: коефіцієнт хвилі, що стоїть на напрузі

Залишити повідомлення 

список повідомлень