A modulációs technikák alapjai

"A digitális-analóg átalakítás az analóg jel egyik tulajdonságának megváltoztatásának folyamata a digitális adatokban szereplő információk alapján. A szinuszhullámot három jellemző határozza meg: amplitúdó, frekvencia és fázis. Ha ezen tulajdonságok valamelyikét megváltoztatjuk, akkor ennek a hullámnak egy másik változatát készítjük. Tehát az egyszerű elektromos jel egyik jellemzőjének megváltoztatásával felhasználhatjuk azt a digitális adatok ábrázolására. ----- FMUSER"


Három mechanizmus létezik a digitális adatok analóg jellé történő modulálására: amplitúdó-eltolásos kulcs (KÉRDEZ), frekvenciaeltolásos kulcsok (FSK) és fáziseltolásos kulcsok (PSK). Ezen kívül van egy negyedik (és jobb) mechanizmus, amely egyesíti az amplitúdó és a fázis megváltoztatását, az úgynevezett kvadratúra amplitúdó moduláció (QAM).

Sávszélesség
A digitális adatok analóg továbbításához szükséges sávszélesség arányos a jel sebességével, kivéve az FSK-t, amelynél a vivőjelek közötti különbséget hozzá kell adni.

Lásd még: >> A 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM összehasonlítása 

Vivőjel
Analóg adás esetén a küldő eszköz magas frekvenciájú jelet generál, amely az információs jel alapjául szolgál. Ezt az alapjelet vivőjelnek vagy vivőfrekvenciának nevezzük. A vevőkészülék a hordozójel frekvenciájára van hangolva, amelyet a feladótól vár. Ezután a digitális információ megváltoztatja a vivőjelet egy vagy több jellemzőjének (amplitúdó, frekvencia vagy fázis) módosításával. Ezt a modifikációt hívják moduláció (váltóbillentyűk).

1. Amplitúdó-váltó gomb:
Az amplitúdó eltolásos kulcsosítás esetén a vivőjel amplitúdóját megváltoztatjuk, hogy jelelemeket hozzunk létre. Mind a frekvencia, mind a fázis állandó marad, miközben az amplitúdó megváltozik.

Bináris ASK (BASK)
Az ASK rendszerint csak két szint használatával valósul meg. Erre bináris amplitúdó-eltolódásos vagy be- vagy bekapcsoló kulcsot (OOK) hívnak. Az egyik jelszint csúcs amplitúdója 0; a másik megegyezik a vivőfrekvencia amplitúdójával. A következő ábra a bináris ASKS fogalmi képet nyújt.

 

Lásd még: >> Mi a különbség az AM és az FM között? 

Végrehajtás:
Ha a digitális adatokat egy egypólusú NRZ digitális jelként mutatjuk be, amelynek magas feszültsége 1V és alacsony, 0V feszültsége van, akkor a megvalósítás úgy érhető el, hogy az NRZ digitális jelet megszorozzuk az oszcillátorból származó vivőjelekkel, amelyeket a következő ábra szemléltet. Ha az NRZ jel amplitúdója 1, akkor a vivőfrekvencia amplitúdója megmarad; ha az NRZ jel amplitúdója 0, a vivőfrekvencia amplitúdója nulla.




Sávszélesség az ASK számára:
A vivőjel csak egy egyszerű szinuszhullám, de a modulációs folyamat nem periódikus kompozit jelet eredményez. Ennek a jelnek folyamatos frekvenciakészlete van. Amint elvárjuk, a sávszélesség arányos a jel sebességével (adatátviteli sebesség).

Általában azonban van egy másik tényező is, úgynevezett d, amely a modulációs és szűrési folyamattól függ. D értéke 0 és XNUMX között van 

●Ez azt jelenti, hogy a sávszélesség az ábrán látható módon kifejezhető, ahol S a jel sebessége és B a sávszélesség.

A képlet azt mutatja, hogy a szükséges sávszélesség minimális értéke S és maximális értéke 2S. A legfontosabb pont itt a sávszélesség helye. A sávszélesség közepén helyezkedik el a vivőfrekvencia fc értéke. Ez azt jelenti, hogy ha rendelkezésre áll egy sávszélességi csatorna, akkor választhatjuk az fc értékünket úgy, hogy a modulált jel elfoglalja ezt a sávszélességet. Valójában ez a digitális-analóg átalakítás legfontosabb előnye.

Lásd még: >>Mi a QAM: kvadratúra amplitúdó moduláció 

2. Frekvenciaeltolásos választás

A frekvenciaeltolásos kulcsosításnál a vivőjel frekvenciáját az adatok ábrázolására változtatjuk. A modulált jel frekvenciája állandó az egyik jel elem időtartama alatt, de a következő jel elemnél változik, ha az adatelem megváltozik. Mind a csúcs amplitúdója, mind a fázis állandó marad az összes jel elemnél.

Bináris FSK (BFSK)
A bináris FSK (vagy BFSK) gondolkodásának egyik módja két vivőfrekvencia figyelembevétele. A következő ábrán két f1 és f2 vivőfrekvenciát választottunk ki. Az első hordozót akkor használjuk, ha az adatelem 0; akkor a másodikt használjuk, ha az adatelem 1.




A fenti ábra azt mutatja, hogy az egyik sávszélesség közepe f1, a másik közepe f2. Az f1 és az f2 egyaránt ∆f-re esnek a két sáv közti középponttól. A két frekvencia közötti különbség 2∆f.

Lásd még: >> QAM modulátor és demodulátor  

Végrehajtás:
A BFSK két megvalósítási módja van: nem koherens és koherens. Nem koherens BFSK esetén előfordulhat, hogy folytonosság áll fenn abban a fázisban, amikor az egyik jelzőelem véget ér, a másik pedig elindul. Koherens BFSK-ban a fázis két jel elem határán folytatódik. A nem koherens BFSK megvalósítható úgy, hogy a BFSK-t két ASK-modulációnak tekintjük, és két vivőfrekvenciát használunk. A koherens BFSK megvalósítható egy feszültségvezérelt oszcillátor (VCO) használatával, amely megváltoztatja frekvenciáját a bemeneti feszültség szerint.

Az alábbi ábra a második megvalósítás mögött meghúzódó egyszerűsített ötletet mutatja be. Az oszcillátor bemenete az unipoláris NRZ jel. Amikor az NRZ amplitúdója nulla, az oszcillátor megtartja a szokásos frekvenciáját; ha az amplitúdó pozitív, a frekvencia növekszik.

Sávszélesség a BFSK számára:

A fenti ábra az FSK sávszélességét mutatja. A vivőjelek is csak egyszerű szinuszhullámok, de a moduláció nem periódikus kompozit jelet hoz létre folyamatos frekvenciákkal. Az FSK-ről két ASK-jelet gondolhatunk, mindegyik saját f1 és f2 vivőfrekvenciával. Ha a különbség a két frekvencia között 2∆f, akkor a szükséges sávszélesség:

3. Fáziseltolásos kulcs:
Fáziseltolásos kulcsosítás esetén a hordozó fázisa két vagy több különféle jel-elemet ábrázol. Mind a csúcs amplitúdója, mind a frekvencia állandó marad a fázis megváltozásakor.

Bináris PSK (BPSK):
A legegyszerűbb PSK a bináris PSK, amelyben csak két jelző elemünk van, az egyik 0 ° fázisú, a másik 180 ° fázissal rendelkezik. A következő ábra fogalmi képet ad a PSK-ról. A bináris PSK olyan egyszerű, mint a bináris ASK, egy nagy előnnyel - kevésbé érzékeny a zajra. ASK-ban a bitérzékelés kritériuma a jel amplitúdója. De a PSK-ban ez a fázis. A zaj könnyebben megváltoztathatja az amplitúdót, mint a fázist. Más szavakkal, a PSK kevésbé érzékeny a zajra, mint az ASK. A PSK jobb, mint az FSK, mivel nincs szükségünk két vivőjelre.

Sávszélessége:
A sávszélesség megegyezik a bináris ASKéval, de kisebb, mint a BFSKé. Két vivőjel elválasztásához nem veszít sávszélességet.

Lásd még: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulációs típusok

Végrehajtás:
A BPSK megvalósítása olyan egyszerű, mint az ASK. Ennek oka az, hogy a 180 ° fázissal rendelkező jelző elem a jel elemnek a 0 ° fázissal való kiegészítéseként tekinthető. Ez megmutatja nekünk, hogyan kell megvalósítani a BPSK-t. Unipoláris NRZ jel helyett egy poláris NRZ jelet használunk, amint az a következő ábrán látható. A poláris NRZ jelet megszorozzuk a vivőfrekvenciával. Az 1 bit (pozitív feszültség) egy 0 ° -nál kezdődő fázist, a 0 bit (negatív feszültség) a 180 ° -nál kezdődő fázist ábrázolja.

 

4. Négyzetű amplitúdó-moduláció (QAM)
A PSK-t korlátozza a berendezés azon képessége, hogy megkülönböztesse a fázis kis különbségeit. Ez a tényező korlátozza a potenciális bitrátát. Eddig a szinuszhullám három jellemzőjének csak egyjét változtattuk meg egyszerre; de mi van, ha kettőt változtatunk? Miért nem kombinálja az ASK-t és a PSK-t? Két hordozó, az egyik fázisban lévő és a másik kvadratúra, az egyes hordozók eltérő amplitúdószintjének használata az ötlet a kvadratúra amplitúdó moduláció (QAM) mögött.

A QAM számos variációja lehetséges. Az alábbi ábra bemutatja néhány ilyen sémát. A következő ábrán az a) rész a legegyszerűbb 4-QAM sémát (négy különböző jelelemtípust) szemlélteti, egy unipoláris NRZ jel felhasználásával, az egyes vivők modulálására. Ugyanezt a mechanizmust használtuk az ASK (OOK) esetében. A b rész egy további 4-QAM-ot mutat be, amely poláris NRZ-t használ, de ez pontosan ugyanaz, mint a QPSK. A c rész bemutat egy másik QAM-4-et, amelyben két pozitív szinttel rendelkező jelet használtunk a két vivő mindkét modulálására. Végül, a d rész egy jel 16-QAM konstellációját mutatja nyolc, négy pozitív és négy negatív szinttel.

Lehet is, mint: >>Mi a különbség a "dB", "dBm" és "dBi" között? 
                                >>Az M3U / M3U8 IPTV lejátszási listák kézi betöltése és hozzáadása a támogatott eszközökön
                                >>Mi a VSWR: A feszültség állandó hullámaránya?

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista