Základy modulačnej techniky

„Konverzia z digitálneho na analógový je proces zmeny jednej z charakteristík analógového signálu na základe informácií v digitálnych údajoch. Sínusová vlna je definovaná tromi charakteristikami: amplitúda, frekvencia a fáza. Keď zmeníme niektorú z týchto charakteristík, vytvoríme inú verziu tejto vlny. Takže zmenou jednej charakteristiky jednoduchého elektrického signálu ju môžeme použiť na znázornenie digitálnych údajov. ----- FMUSER"


Existujú tri mechanizmy na modulovanie digitálnych údajov na analógový signál: kľúčovanie amplitúdového posunu (ASK), kľúčovanie s frekvenčným posunom (FSK) a kľúčovanie s fázovým posunom (PSK). Okrem toho existuje štvrtý (a lepší) mechanizmus, ktorý kombinuje zmenu amplitúdy a fázy, ktorá sa nazýva kvadratúrna amplitúdová modulácia (QAM).

Bandwidth
Požadovaná šírka pásma pre analógový prenos digitálnych údajov je úmerná rýchlosti signálu, s výnimkou FSK, v ktorej je potrebné pridať rozdiel medzi nosnými signálmi.

Pozri tiež: >> Porovnanie 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Dopravný signál
Pri analógovom prenose vysielacie zariadenie produkuje vysokofrekvenčný signál, ktorý slúži ako základ pre informačný signál. Tento základný signál sa nazýva nosný signál alebo nosná frekvencia. Prijímacie zariadenie je naladené na frekvenciu nosného signálu, ktorý očakáva od odosielateľa. Digitálne informácie potom menia nosný signál úpravou jednej alebo viacerých jeho charakteristík (amplitúda, frekvencia alebo fáza). Tento druh modifikácie sa nazýva modulácie (zmena kľúča).

1. Kľúčenie posunu amplitúdy:
Pri kľúčovaní s posunom amplitúdy sa mení amplitúda nosného signálu, aby sa vytvorili signálne prvky. Frekvencia aj fáza zostávajú konštantné, kým sa mení amplitúda.

Binárny ASK (BASK)
ASK sa zvyčajne implementuje iba pomocou dvoch úrovní. Toto sa označuje ako binárne kľúče s posunom amplitúdy alebo zapínaním a vypínaním (OOK). Špičková amplitúda jednej úrovne signálu je 0; druhý je rovnaký ako amplitúda nosnej frekvencie. Nasledujúci obrázok predstavuje koncepčný pohľad na binárne ASKS.

 

Pozri tiež: >> Aký je rozdiel medzi AM a FM? 

realizácie:
Ak sú digitálne dáta prezentované ako unipolárny digitálny signál NRZ s vysokým napätím 1V a nízkym napätím 0V, môže sa implementácia dosiahnuť vynásobením digitálneho signálu NRZ nosným signálom prichádzajúcim z oscilátora, ktorý je znázornený na nasledujúcom obrázku. Keď je amplitúda signálu NRZ 1, zostáva amplitúda nosnej frekvencie; keď je amplitúda signálu NRZ 0, potom je amplitúda nosnej frekvencie nula.




Šírka pásma pre ASK:
Nosný signál je iba jedna jednoduchá sinusová vlna, ale proces modulácie produkuje neperiodický zložený signál. Tento signál má spojitú frekvenciu. Ako očakávame, šírka pásma je úmerná rýchlosti signálu (prenosová rýchlosť).

Zvyčajne je však zapojený ďalší faktor nazývaný d, ktorý závisí od procesu modulácie a filtrovania. Hodnota d je medzi 0 a 

●To znamená, že šírku pásma je možné vyjadriť tak, ako je to znázornené, kde S je rýchlosť signálu a B je šírka pásma.

Vzorec ukazuje, že požadovaná šírka pásma má minimálnu hodnotu S a maximálnu hodnotu 2S. Najdôležitejším bodom je umiestnenie šírky pásma. Uprostred šírky pásma je miesto, kde fc je nosná frekvencia. To znamená, že ak máme k dispozícii pásmový priepust, môžeme zvoliť náš fc tak, aby modulovaný signál zaberal túto šírku pásma. Toto je v skutočnosti najdôležitejšia výhoda konverzie z digitálneho na analógový.

Pozri tiež: >>Čo je QAM: kvadratúrna amplitúdová modulácia 

2. Frekvenčné posunutie

Pri kľúčovaní s frekvenčným posunom sa frekvencia nosného signálu mení tak, aby reprezentovala dáta. Frekvencia modulovaného signálu je konštantná po dobu trvania jedného signálneho prvku, ale zmení sa pre ďalší signálny prvok, ak sa dátový prvok zmení. Maximálna amplitúda aj fáza zostávajú konštantné pre všetky signálne prvky.

Binárny FSK (BFSK)
Jedným zo spôsobov, ako premýšľať o binárnom FSK (alebo BFSK), je zvážiť dve nosné frekvencie. Na nasledujúcom obrázku sme vybrali dve nosné frekvencie f1 a f2. Prvý dátový nosič použijeme, ak je dátový prvok 0; použijeme druhý, ak je dátový prvok 1.




Vyššie uvedený obrázok ukazuje, že stred jednej šírky pásma je f1 a stred druhej časti je f2. F1 a f2 sú vzdialené thef od stredu medzi dvoma pásmami. Rozdiel medzi týmito dvoma frekvenciami je 2∆f.

Pozri tiež: >> QAM modulátor a demodulátor  

realizácie:
Existujú dve implementácie BFSK: nejednotné a koherentné. V nekoherentnom BFSK môže byť diskontinuita vo fáze, keď jeden signálny prvok končí a ďalší začína. V koherentnom BFSK fáza pokračuje cez hranice dvoch signálnych prvkov. Nesúdržný BFSK sa môže implementovať tak, že sa s BFSK zaobchádza ako s dvoma moduláciami ASK a použitím dvoch nosných frekvencií. Koherentný BFSK sa môže implementovať pomocou jedného napäťovo riadeného oscilátora (VCO), ktorý mení svoju frekvenciu podľa vstupného napätia.

Nasledujúci obrázok ukazuje zjednodušenú myšlienku druhej implementácie. Vstupom do oscilátora je unipolárny signál NRZ. Keď je amplitúda NRZ nula, oscilátor si udržuje pravidelnú frekvenciu; ak je amplitúda kladná, frekvencia sa zvýši.

Šírka pásma pre BFSK:

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje šírku pásma FSK. Nosné signály sú opäť iba jednoduchými sinusovými vlnami, ale modulácia vytvára neperiodický zložený signál so súvislými frekvenciami. FSK môžeme považovať za dva ASK signály, každý s vlastnou nosnou frekvenciou f1 a f2. Ak je rozdiel medzi týmito dvoma frekvenciami 2∆f, potom je požadovaná šírka pásma

3. Kľúčenie fázového posunu:
Pri kľúčovaní s fázovým posunom sa fáza nosiča mení tak, aby predstavovala dva alebo viac rôznych signálnych prvkov. Maximálna amplitúda aj frekvencia zostávajú pri zmene fázy konštantné.

Binárne PSK (BPSK):
Najjednoduchšou PSK je binárna PSK, v ktorej máme iba dva signálne prvky, jeden s fázou 0 ° a druhý s fázou 180 °. Nasledujúci obrázok predstavuje koncepčný pohľad na PSK. Binárne PSK je rovnako jednoduché ako binárne ASK s jednou veľkou výhodou - je menej náchylné na hluk. V ASK je kritériom detekcie bitov amplitúda signálu. Ale v PSK je to fáza. Hluk môže meniť amplitúdu ľahšie, ako môže zmeniť fázu. Inými slovami, PSK je menej náchylná na hluk ako ASK. PSK je lepšia ako FSK, pretože nepotrebujeme dva nosné signály.

Kapelašírka:
Šírka pásma je rovnaká ako v prípade binárneho ASK, ale menšia ako v prípade BFSK. Na oddelenie dvoch nosných signálov sa neplytvá žiadnou šírkou pásma.

Pozri tiež: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulačných typov

realizácie:
Implementácia BPSK je rovnako jednoduchá ako implementácia pre ASK. Dôvod je ten, že signálny prvok s fázou 180 ° je možné považovať za doplnok signálneho prvku s fázou 0 °. To nám dáva predstavu o tom, ako implementovať BPSK. Namiesto unipolárneho signálu NRZ používame polárny signál NRZ, ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku. Polárny signál NRZ sa vynásobí nosnou frekvenciou. 1 bit (kladné napätie) je reprezentovaný fázou začínajúcou pri 0 °, 0 bit (záporné napätie) je predstavovaný fázou začínajúcou pri 180 °.

 

4. Kvadratúrna amplitúdová modulácia (QAM)
PSK je obmedzená schopnosťou zariadenia rozlíšiť malé rozdiely vo fáze. Tento faktor obmedzuje svoju potenciálnu bitovú rýchlosť. Doteraz sme menili iba jednu z troch charakteristík sínusovej vlny naraz; ale čo keď zmeníme dve? Prečo nekombinovať ASK a PSK? Myšlienka použitia dvoch nosičov, jednej fázovej a druhej kvadratúry, s rôznymi úrovňami amplitúdy pre každý nosič, je koncepciou kvadratúrnej amplitúdovej modulácie (QAM).

Možné variácie QAM sú početné. Nasledujúci obrázok zobrazuje niektoré z týchto schém. Na nasledujúcom obrázku časť a zobrazuje najjednoduchšiu schému 4-QAM (štyri rôzne typy signálových prvkov), ktorá používa unipolárny signál NRZ na moduláciu každej nosnej. Toto je rovnaký mechanizmus, aký sme použili pre ASK (OOK). Časť b zobrazuje ďalšiu 4-QAM pomocou polárneho NRZ, ale je to rovnaké ako QPSK. Časť c zobrazuje ďalšiu QAM-4, v ktorej sme použili signál s dvoma pozitívnymi úrovňami na moduláciu každého z týchto dvoch nosičov. Nakoniec, časť d ukazuje 16-QAM konšteláciu signálu s ôsmimi úrovňami, štyrmi pozitívnymi a štyrmi negatívnymi.

Môže sa vám páčiť: >>Aký je rozdiel medzi „dB“, „dBm“ a „dBi“? 
                                >>Ako načítať / pridať zoznamy videí IPTV M3U / M3U8 manuálne na podporovaných zariadeniach
                                >>Čo je VSWR: Pomer napätia pri stojatej vlne

Zanechajte správu 

zoznam správ