Osnove modulacije

"Digitalno-analogna pretvorba je postopek spreminjanja ene od značilnosti analognega signala, ki temelji na podatkih v digitalnih podatkih. Sinusni val je določen s tremi značilnostmi: amplitudo, frekvenco in fazo. Ko spremenimo koga od teh lastnosti, ustvarimo drugačno različico tega vala. Torej, če spremenimo eno značilnost preprostega električnega signala, ga lahko uporabimo za predstavljanje digitalnih podatkov. ----- FMUSER"


Obstajajo trije mehanizmi za modulacijo digitalnih podatkov v analogni signal: amplitudna tipkovnica (ASK), frekvenčno premikanje (FSK) in tipkanje s faznim premikom (prostitutka). Poleg tega obstaja še četrti (in boljši) mehanizem, ki združuje spreminjanje amplitude in faze, imenovane kvadratura z amplitudo modulacije (QAM).

pasovna širina
Zahtevana pasovna širina za analogni prenos digitalnih podatkov je sorazmerna hitrosti signala, razen FSK, pri čemer je treba dodati razliko med nosilnimi signali.

Oglejte si tudi: >> Primerjava 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Signal nosilca
V analognem prenosu pošiljalna naprava proizvaja visokofrekvenčni signal, ki deluje kot osnova za informacijski signal. Temu osnovnemu signalu rečemo nosilni signal ali nosilna frekvenca. Sprejemna naprava je nastavljena na frekvenco nosilnega signala, ki ga pričakuje od pošiljatelja. Digitalne informacije nato spremenijo nosilni signal s spreminjanjem ene ali več njegovih značilnosti (amplituda, frekvenca ali faza). Takšna sprememba se imenuje modulacija (Shift tipkanje).

1. Tipka premika amplitude:
Pri tipkanju z amplitudo premika se amplituda nosilnega signala, da se ustvarijo signalni elementi. Frekvenca in faza ostaneta konstantni, medtem ko se amplituda spreminja.

Binarni ASK (BASK)
ASK se običajno izvaja z uporabo samo dveh ravni. To se imenuje binarno tipkanje z amplitudo zamaknjevanja ali vklopljeno vklop (OOK). Najvišja amplituda enega nivoja signala je 0; druga je enaka amplitudi nosilne frekvence. Naslednja slika prikazuje konceptualni prikaz binarnih ASKS.

 

Oglejte si tudi: >> Kakšna je razlika med AM in FM? 

Izvajanje:
Če so digitalni podatki predstavljeni kot enopolarni digitalni signal NRZ z visoko napetostjo 1 V in nizko napetostjo 0 V, lahko izvedbo dosežemo tako, da digitalni signal NRZ pomnožimo z nosilnim signalom, ki prihaja iz oscilatorja, ki je predstavljen na naslednji sliki. Ko je amplituda signala NRZ 1, se zadrži amplituda nosilne frekvence; kadar je amplituda signala NRZ 0, je amplituda nosilne frekvence enaka nič.




Pasovna širina za ASK:
Nosilni signal je le en preprost sinusni val, vendar proces modulacije proizvaja neperiodični sestavljeni signal. Ta signal ima neprekinjen niz frekvenc. Kot pričakujemo, je pasovna širina sorazmerna s hitrostjo signala (hitrost prenosa).

Vendar pa obstaja običajno še en dejavnik, imenovan d, ki je odvisen od postopka modulacije in filtriranja. Vrednost d je med 0 in 

●To pomeni, da lahko pasovno širino izrazimo, kot je prikazano, kjer je S hitrost signala in B pasovna širina.

Iz formule je razvidno, da ima zahtevana pasovna širina najmanjšo vrednost S in največjo vrednost 2S. Najpomembnejša točka tukaj je lokacija pasovne širine. Na sredini pasu je širina nosilne frekvence. To pomeni, če imamo na voljo pasovni kanal, lahko izberemo fc, tako da modulirani signal zavzame to pasovno širino. To je pravzaprav najpomembnejša prednost digitalno-analogne pretvorbe.

Oglejte si tudi: >>Kaj je QAM: kvadraturna amplitudna modulacija 

2. Frekvenčni premik

Pri tipkanju s frekvenčnim premikom se frekvenca nosilnega signala spreminja, da predstavlja podatke. Frekvenca moduliranega signala je konstantna v času trajanja enega signalnega elementa, vendar se spremeni za naslednji signalni element, če se podatkovni element spremeni. Amplituda vrha in faza ostaneta konstantni za vse signalne elemente.

Binarni FSK (BFSK)
Eden od načinov razmišljanja o binarnem FSK (ali BFSK) je upoštevanje dveh nosilnih frekvenc. Na naslednji sliki smo izbrali dve nosilni frekvenci f1 in f2. Prvi nosilec uporabimo, če je podatkovni element 0; drugega uporabimo, če je podatkovni element 1.




Zgornja slika prikazuje, sredina ene pasovne širine je f1, sredina druge pa f2. Tako f1 kot f2 sta ∆f ločena od sredine točke med dvema pasoma. Razlika med obema frekvencama je 2∆f.

Oglejte si tudi: >> QAM modulator in demodulator  

Izvajanje:
Obstajata dve implementaciji BFSK: nekoherentna in skladna. V nekoherentnem BFSK lahko pride do prekinitve faze, ko se en signalni element konča in začne naslednji. V skladnem BFSK se faza nadaljuje skozi mejo dveh signalnih elementov. Nekoherentno BFSK lahko izvedemo tako, da BFSK obravnavamo kot dve ASK modulaciji in uporabimo dve nosilni frekvenci. Koherentni BFSK lahko izvedemo z uporabo enega napetostnega krmilnega oscilatorja (VCO), ki spreminja svojo frekvenco glede na vhodno napetost.

Naslednja slika prikazuje poenostavljeno idejo za drugo izvedbo. Vhod v oscilator je unipolarni NRZ signal. Ko je amplituda NRZ enaka nič, oscilator ohranja svojo redno frekvenco; ko je amplituda pozitivna, se frekvenca poveča.

Pasovna širina za BFSK:

Zgornja slika prikazuje pasovno širino FSK. Ponovno so nosilni signali le preprosti sinusni valovi, vendar modulacija ustvari neperiodični kompozitni signal z zveznimi frekvencami. FSK si lahko predstavljamo kot dva ASK signala, vsak s svojo nosilno frekvenco f1 in f2. Če je razlika med obema frekvencama 2∆f, je potrebna pasovna širina

3. Tipka premika faze:
Pri tipkanju s faznim premikom se faza nosilca spreminja tako, da predstavlja dva ali več različnih signalnih elementov. Ko se faza spreminja, sta najvišja amplituda in frekvenca konstantna.

Binarni PSK (BPSK):
Najenostavnejši PSK je binarni PSK, v katerem imamo samo dva signalna elementa, enega s fazo 0 °, drugega pa s fazo 180 °. Naslednja slika prikazuje konceptualni pogled na PSK. Binarni PSK je tako enostaven kot binarni ASK z eno veliko prednostjo - manj je dovzeten za hrup. V ASK je merilo za zaznavanje bita amplituda signala. Toda v PSK je faza. Hrup lahko lažje spremeni amplitudo kot lahko spremeni fazo. Z drugimi besedami, PSK je manj dovzeten za hrup kot ASK. PSK je boljši od FSK, ker ne potrebujemo dveh nosilnih signalov.

Bandširina:
Pasovna širina je enaka kot pri binarnem ASK, vendar manjša od BFSK. Za ločitev dveh nosilnih signalov ne izgubljate pasovne širine.

Oglejte si tudi: >>512 QAM vs 1024 QAM proti 2048 QAM proti 4096 QAM modulacijskih vrst

Izvajanje:
Izvedba BPSK je tako preprosta kot za ASK. Razlog je v tem, da lahko signalni element s fazo 180 ° vidimo kot dopolnilo signalnega elementa s fazo 0 °. To nam daje pojem, kako izvajati BPSK. Namesto unipolarnega NRZ signala uporabljamo polarni signal NRZ, kot je prikazano na naslednji sliki. Polarni NRZ signal se pomnoži z nosilno frekvenco. 1 bit (pozitivna napetost) je predstavljena s fazo, ki se začne pri 0 °, 0 bit (negativna napetost) pa predstavlja fazo, ki se začne pri 180 °.

 

4. Kvadratna amplitudna modulacija (QAM)
PSK je omejena z zmožnostjo opreme, da razlikuje majhne razlike v fazi. Ta faktor omejuje njegovo potencialno bitno hitrost. Do sedaj smo spreminjali le eno od treh značilnosti sinusnega vala; kaj pa če spremenimo dva? Zakaj ne bi združili ASK in PSK? Ideja o uporabi dveh nosilcev, enega v fazi in drugega kvadrata, z različnimi stopnjami amplitude za vsakega nosilca, je koncept, ki stoji za kvadraturo amplitudne modulacije (QAM).

Možne različice QAM-a so številne. Naslednja slika prikazuje nekatere od teh shem. Na naslednji sliki Del A prikazuje najpreprostejšo shemo 4-QAM (štiri različne vrste signalnih elementov) z uporabo enopolarnega NRZ signala za modulacijo vsakega nosilca. To je isti mehanizem, ki smo ga uporabili za ASK (OOK). Del b prikazuje še en 4-QAM z uporabo polarnega NRZ, vendar je to popolnoma enako kot QPSK. Del c prikazuje drug QAM-4, v katerem smo za modulacijo vsakega od obeh nosilcev uporabili signal z dvema pozitivnima nivojema. Na koncu del - d prikazuje konstelacijo 16-QAM signala z osmimi stopnjami, štirimi pozitivnimi in štirimi negativnimi.

Morda bo všeč tudi: >>Kakšna je razlika med "dB", "dBm" in "dBi"? 
                                >>Nalaganje / dodajanje seznamov predvajanja M3U / M3U8 IPTV ročno na podprtih napravah
                                >>Kaj je VSWR: Napetostno valovno razmerje

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo