Bazele tehnicilor de modulare

„Conversia digitală în analog este procesul de modificare a uneia dintre caracteristicile unui semnal analogic pe baza informațiilor din datele digitale. O undă sinusoidală este definită prin trei caracteristici: amplitudine, frecvență și fază. Când schimbăm pe oricare dintre aceste caracteristici, creăm o versiune diferită a valului respectiv. Deci, schimbând o caracteristică a unui semnal electric simplu, îl putem folosi pentru a reprezenta datele digitale. ----- FMUSER"


Există trei mecanisme de modulare a datelor digitale într-un semnal analogic: amplasarea schimbării de amplitudine (CERE), cheia de schimbare a frecvenței (FSK) și punerea în schimbare a fazelor (PSK). În plus, există un al patrulea (și mai bine) mecanism care combină schimbarea atât a amplitudinii, cât și a fazei, numită modularea amplitudinii quadraturii (QAM).

Lățime de bandă
Lățimea de bandă necesară pentru transmiterea analogică a datelor digitale este proporțională cu rata de semnal, cu excepția FSK, în care trebuie adăugată diferența dintre semnalele purtătoare.

Vezi de asemenea: >> Comparație dintre 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Semnal de transportator
În transmisia analogică, dispozitivul care transmite produce un semnal de înaltă frecvență care acționează ca bază pentru semnalul informațional. Acest semnal de bază se numește semnal purtător sau frecvența purtătorului. Dispozitivul receptor este reglat pe frecvența semnalului de transport pe care îl așteaptă de la expeditor. Informațiile digitale schimbă apoi semnalul purtător modificând una sau mai multe dintre caracteristicile sale (amplitudine, frecvență sau fază). Acest tip de modificare se numește modulare (schimbarea tastelor).

1. Tastă de schimbare a amplitudinii:
În funcția de schimbare a amplitudinii, amplitudinea semnalului purtător este variată pentru a crea elemente de semnal. Atât frecvența, cât și faza rămân constante în timp ce amplitudinea se schimbă.

CERINȚĂ BINARĂ (BASK)
ASK este în mod normal implementat folosind doar două niveluri. Aceasta este denumită chei de schimbare a amplitudinii binare sau chei de oprire (OOK). Amplitudinea maximă a unui nivel de semnal este 0; cealaltă este aceeași cu amplitudinea frecvenței purtătoare. Figura următoare oferă o vedere conceptuală a ASK-urilor binare.

 

Vezi de asemenea: >> Care este diferența dintre AM și FM? 

Implementare:
Dacă datele digitale sunt prezentate ca un semnal digital unipolar NRZ cu o tensiune înaltă de 1V și o tensiune mică de 0V, implementarea se poate realiza prin înmulțirea semnalului digital NRZ cu semnalul purtător provenit de la un oscilator, care este reprezentat în figura următoare. Când amplitudinea semnalului NRZ este 1, amplitudinea frecvenței purtătoare este menținută; când amplitudinea semnalului NRZ este 0, amplitudinea frecvenței purtătorului este zero.




Lățime de bandă pentru ASK:
Semnalul purtător este doar o singură undă sinusoidală, dar procesul de modulare produce un semnal compozit neperiodic. Acest semnal are un set continuu de frecvențe. După cum ne așteptăm, lățimea de bandă este proporțională cu rata semnalului (viteză de transfer).

Cu toate acestea, există în mod normal un alt factor implicat, numit d, care depinde de procesul de modulare și filtrare. Valoarea lui d este cuprinsă între 0 și 

●Aceasta înseamnă că lățimea de bandă poate fi exprimată așa cum este arătat, unde S este rata de semnal și B este lățimea de bandă.

Formula arată că lățimea de bandă necesară are o valoare minimă de S și o valoare maximă de 2S. Cel mai important punct aici este amplasarea lățimii de bandă. Mijlocul lățimii de bandă este locul unde se află frecvența purtătoare. Aceasta înseamnă că dacă avem un canal de bandă disponibil, putem alege fc-ul nostru astfel încât semnalul modulat să ocupe lățimea de bandă. Acesta este de fapt cel mai important avantaj al conversiei digital-analog.

Vezi de asemenea: >>Ce este QAM: modularea amplitudinii cvadraturii 

2. Tastă de comutare a frecvenței

În funcția de schimbare a frecvenței, frecvența semnalului purtător este variată pentru a reprezenta date. Frecvența semnalului modulat este constantă pe durata unui element de semnal, dar se modifică pentru următorul element de semnal dacă elementul de date se schimbă. Atât amplitudinea de vârf cât și faza rămân constante pentru toate elementele de semnal.

FSK binar (BFSK)
Un mod de a ne gândi la FSK binar (sau BFSK) este să luăm în considerare două frecvențe purtătoare. În figura următoare, am selectat două frecvențe purtătoare f1 și f2. Folosim primul purtător dacă elementul de date este 0; îl folosim pe al doilea dacă elementul de date este 1.




Figura de mai sus arată, mijlocul unei lățimi de bandă este f1 și mijlocul celuilalt este f2. Atât f1 cât și f2 sunt ∆f în afară de punctul mediu dintre cele două benzi. Diferența dintre cele două frecvențe este de 2∆f.

Vezi de asemenea: >> Modulator și demodulator QAM  

Implementare:
Există două implementări ale BFSK: non-coerente și coerente. În BFSK non-coerent, poate exista o întrerupere în faza când se termină un element de semnal și următorul începe. În BFSK coerentă, faza continuă prin limita a două elemente de semnal. BFSK necoerent poate fi implementat tratând BFSK ca două modulări ASK și folosind două frecvențe purtătoare. Coeficientul BFSK poate fi implementat folosind un oscilator controlat de tensiune (VCO) care își schimbă frecvența în funcție de tensiunea de intrare.

Figura următoare prezintă ideea simplificată din spatele celei de-a doua implementări. Intrarea în oscilator este semnalul NRZ unipolar. Când amplitudinea NRZ este zero, oscilatorul își păstrează frecvența regulată; când amplitudinea este pozitivă, frecvența este crescută.

Lățime de bandă pentru BFSK:

Figura de mai sus arată lățimea de bandă a FSK. Din nou semnalele purtătoare sunt doar unde sinusoidale simple, dar modularea creează un semnal compozit neperiodic cu frecvențe continue. Ne putem gândi la FSK ca la două semnale ASK, fiecare cu propria frecvență purtătoare f1 și f2. Dacă diferența dintre cele două frecvențe este 2∆f, atunci lățimea de bandă necesară este

3. Tastarea schimbării de faze:
În faza de schimbare a fazei, faza purtătorului este variată pentru a reprezenta două sau mai multe elemente de semnal diferite. Atât amplitudinea de vârf cât și frecvența rămân constante pe măsură ce faza se schimbă.

PSK binar (BPSK):
Cel mai simplu PSK este PSK binar, în care avem doar două elemente de semnal, unul cu o fază de 0 °, iar celălalt cu o fază de 180 °. Figura următoare oferă o imagine conceptuală a PSK. PSK-ul binar este la fel de simplu ca ASK-ul binar, cu un mare avantaj - este mai puțin sensibil la zgomot. În ASK, criteriul pentru detectarea biților este amplitudinea semnalului. Dar în PSK, este faza. Zgomotul poate schimba amplitudinea mai ușor decât poate schimba faza. Cu alte cuvinte, PSK este mai puțin sensibil la zgomot decât ASK. PSK este superior celor FSK, deoarece nu avem nevoie de două semnale ale operatorului.

Trupalăţime:
Lățimea de bandă este aceeași ca cea pentru ASK binar, dar mai mică decât cea pentru BFSK. Nici o lățime de bandă nu este pierdută pentru separarea a două semnale purtătoare.

Vezi de asemenea: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM tipuri de modulare

Implementare:
Implementarea BPSK este la fel de simplă ca cea pentru ASK. Motivul este că elementul de semnal cu faza 180 ° poate fi văzut ca complementul elementului de semnal cu faza 0 °. Acest lucru ne oferă un indiciu despre cum să implementăm BPSK. Folosim un semnal NRZ polar în loc de semnal NRZ unipolar, așa cum se arată în figura următoare. Semnalul polar NRZ este înmulțit cu frecvența purtătorului. 1 bit (tensiune pozitivă) este reprezentat de o fază care începe de la 0 ° 0 bit (tensiune negativă) este reprezentată de o fază care începe de la 180 °.

 

4. Modularea amplitudinii în quadratură (QAM)
PSK este limitată de capacitatea echipamentului de a distinge mici diferențe de fază. Acest factor își limitează rata potențială de biți. Până în prezent, am modificat doar una dintre cele trei caracteristici ale unei unde sinusoidale la un moment dat; Dar dacă schimbăm două? De ce să nu combinați ASK și PSK? Ideea de a utiliza doi purtători, unul în fază și celălalt quadratură, cu niveluri de amplitudine diferite pentru fiecare purtător este conceptul din spatele modulației de amplitudine a quadraturii (QAM).

Variațiile posibile ale QAM sunt numeroase. Figura următoare prezintă unele dintre aceste scheme. În figura următoare, Partea a arată cea mai simplă schemă 4-QAM (patru tipuri de elemente de semnal diferite) folosind un semnal NRZ unipolar pentru a modula fiecare purtător. Acesta este același mecanism pe care l-am folosit pentru ASK (OOK). Partea b arată un alt 4-QAM folosind NRZ polar, dar acesta este exact același cu QPSK. Partea c arată un alt QAM-4 în care am folosit un semnal cu două niveluri pozitive pentru a modula fiecare dintre cei doi purtători. În cele din urmă, partea - d prezintă o constelație de 16 QAM a unui semnal cu opt niveluri, patru pozitive și patru negative.

Ați putea dori, de asemenea: >>Care este diferența dintre „dB”, „dBm” și „dBi”? 
                                >>Cum se încarcă / se adaugă manual M3U / M3U8 playlist-uri IPTV pe dispozitivele acceptate
                                >>Ce este VSWR: Rata de undă permanentă a tensiunii

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje