Основы методов модуляции

Цифроаналоговое преобразование - это процесс изменения одной из характеристик аналогового сигнала на основе информации в цифровых данных. Синусоида определяется тремя характеристиками: амплитуда, частота и фаза. Когда мы меняем кого-либо из этих характеристик, мы создаем другую версию этой волны. Таким образом, изменяя одну характеристику простого электрического сигнала, мы можем использовать его для представления цифровых данных. ----- FMUSER"


Существует три механизма для модуляции цифровых данных в аналоговый сигнал: амплитудная манипуляция (АСК), частотная манипуляция (FSK) и фазовая манипуляция (PSK). Кроме того, существует четвертый (и лучший) механизм, который сочетает в себе изменение амплитуды и фазы, называемый квадратурная амплитудная модуляция (QAM).

Пропускная способность
Требуемая ширина полосы для аналоговой передачи цифровых данных пропорциональна скорости сигнала, за исключением FSK, в котором необходимо добавить разницу между сигналами несущей.

См. также: >> Сравнение 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Сигнал несущей
При аналоговой передаче отправляющее устройство генерирует высокочастотный сигнал, который служит основой для информационного сигнала. Этот базовый сигнал называется несущим сигналом или несущей частотой. Приемное устройство настроено на частоту несущего сигнала, которую он ожидает от отправителя. Затем цифровая информация изменяет несущий сигнал, изменяя одну или несколько его характеристик (амплитуду, частоту или фазу). Этот вид модификации называется модуляция (Shift Keying).

1. Переключение амплитуды:
При амплитудной манипуляции амплитуда несущего сигнала варьируется для создания элементов сигнала. Частота и фаза остаются постоянными, а амплитуда изменяется.

Бинарный ASK (БАСК)
ASK обычно реализуется с использованием только двух уровней. Это называется двоичной амплитудной манипуляцией или включением-выключением (OOK). Пиковая амплитуда одного уровня сигнала равна 0; другой такой же, как амплитуда несущей частоты. На следующем рисунке представлен концептуальный вид двоичных ASKS.

 

См. также: >> В чем разница между AM и FM? 

Реализация:
Если цифровые данные представлены в виде однополярного цифрового сигнала NRZ с высоким напряжением 1 В и низким напряжением 0 В, реализация может быть достигнута путем умножения цифрового сигнала NRZ на сигнал несущей, поступающий от генератора, который представлен на следующем рисунке. Когда амплитуда сигнала NRZ равна 1, амплитуда несущей частоты сохраняется; когда амплитуда сигнала NRZ равна 0, амплитуда несущей частоты равна нулю.




Пропускная способность для ASK:
Несущий сигнал представляет собой только одну простую синусоидальную волну, но процесс модуляции создает непериодический составной сигнал. Этот сигнал имеет непрерывный набор частот. Как и следовало ожидать, полоса пропускания пропорциональна скорости сигнала (скорости передачи).

Однако обычно существует другой фактор, называемый d, который зависит от процесса модуляции и фильтрации. Значение d находится между 0 и 

●Это означает, что ширина полосы может быть выражена, как показано, где S - это скорость сигнала, а B - это ширина полосы.

Формула показывает, что требуемая ширина полосы имеет минимальное значение S и максимальное значение 2S. Самым важным моментом здесь является местоположение полосы пропускания. Середина полосы пропускания находится там, где находится несущая частота. Это означает, что если у нас есть полосовой канал, мы можем выбрать наш fc, чтобы модулированный сигнал занимал эту полосу пропускания. Это на самом деле самое важное преимущество цифро-аналогового преобразования.

См. также: >>Что такое QAM: квадратурная амплитудная модуляция 

2. Переключение частот

При частотной манипуляции частота несущего сигнала изменяется для представления данных. Частота модулированного сигнала постоянна на протяжении одного элемента сигнала, но изменяется для следующего элемента сигнала, если элемент данных изменяется. Пиковая амплитуда и фаза остаются постоянными для всех элементов сигнала.

Бинарный ФСК (БФСК)
Один из способов думать о двоичном FSK (или BFSK) - рассмотреть две несущие частоты. На следующем рисунке мы выбрали две несущие частоты f1 и f2. Мы используем первый носитель, если элемент данных равен 0; мы используем второе, если элемент данных равен 1.




На рисунке выше показано, что середина одной полосы пропускания равна f1, а середина другой - f2. Оба f1 и f2 находятся на расстоянии Δf от середины между двумя полосами. Разница между двумя частотами составляет 2∆f.

См. также: >> Модулятор и демодулятор QAM  

Реализация:
Существует две реализации BFSK: некогерентная и когерентная. В некогерентном BFSK может иметь место разрыв в фазе, когда один сигнальный элемент заканчивается и начинается следующий. В когерентной BFSK фаза продолжается через границу двух сигнальных элементов. Некогерентный BFSK может быть реализован путем обработки BFSK как двух модуляций ASK и использования двух несущих частот. Когерентный BFSK может быть реализован с помощью одного генератора, управляемого напряжением (VCO), который изменяет свою частоту в соответствии с входным напряжением.

На следующем рисунке показана упрощенная идея второй реализации. Входом в генератор является униполярный сигнал NRZ. Когда амплитуда NRZ равна нулю, генератор сохраняет свою постоянную частоту; когда амплитуда положительна, частота увеличивается.

Пропускная способность для BFSK:

На приведенном выше рисунке показана пропускная способность FSK. Опять же, несущие сигналы являются только простыми синусоидальными волнами, но модуляция создает непериодический составной сигнал с непрерывными частотами. Мы можем рассматривать FSK как два сигнала ASK, каждый из которых имеет свою собственную несущую частоту f1 и f2. Если разница между двумя частотами равна 2∆f, то необходимая ширина полосы

3. Фазовая манипуляция:
При фазовой манипуляции фаза несущей изменяется для представления двух или более разных элементов сигнала. Пиковая амплитуда и частота остаются постоянными при изменении фазы.

Двоичный ПСК (БПСК):
Простейшим PSK является двоичный PSK, в котором у нас есть только два сигнальных элемента, один с фазой 0 °, а другой с фазой 180 °. Следующий рисунок дает концептуальное представление о PSK. Двоичный PSK так же прост, как двоичный ASK с одним большим преимуществом - он менее подвержен шуму. В ASK критерием обнаружения бит является амплитуда сигнала. Но в ПСК это фаза. Шум может изменить амплитуду легче, чем он может изменить фазу. Другими словами, PSK менее восприимчив к шуму, чем ASK. PSK превосходит FSK, потому что нам не нужны два несущих сигнала.

Полосаширина:
Пропускная способность такая же, как для двоичного ASK, но меньше, чем для BFSK. Полоса пропускания не теряется для разделения двух несущих сигналов.

См. также: >>512 QAM против 1024 QAM против 2048 QAM против 4096 типов модуляции QAM

Реализация:
Реализация BPSK так же проста, как и для ASK. Причина в том, что элемент сигнала с фазой 180 ° можно рассматривать как дополнение элемента сигнала с фазой 0 °. Это дает нам ключ к пониманию того, как реализовать BPSK. Мы используем полярный сигнал NRZ вместо униполярного сигнала NRZ, как показано на следующем рисунке. Полярный сигнал NRZ умножается на несущую частоту. 1 бит (положительное напряжение) представлен фазой, начинающейся с 0 °, 0 бит (отрицательное напряжение) представлен фазой, начинающейся с 180 °.

 

4. Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)
ПСК ограничена способностью оборудования различать небольшие различия по фазе. Этот фактор ограничивает его потенциальную скорость передачи данных. До сих пор мы изменяли только одну из трех характеристик синусоиды одновременно; но что, если мы изменим два? Почему бы не объединить ASK и PSK? Идея использования двух несущих, одной синфазной и другой квадратурной, с разными уровнями амплитуды для каждой несущей является концепцией квадратурной амплитудной модуляции (QAM).

Возможные варианты QAM многочисленны. На следующем рисунке показаны некоторые из этих схем. На следующем рисунке Часть А показывает простейшую схему 4-QAM (четыре разных типа элементов сигнала), использующую униполярный сигнал NRZ для модуляции каждой несущей. Это тот же механизм, который мы использовали для ASK (OOK). Часть b показывает другой 4-QAM с использованием полярного NRZ, но это точно так же, как QPSK. Часть c показывает другой QAM-4, в котором мы использовали сигнал с двумя положительными уровнями для модуляции каждой из двух несущих. Наконец, часть - d показывает созвездие 16-КАМ сигнала с восемью уровнями, четырьмя положительными и четырьмя отрицательными.

Вам также может понравиться: >>В чем разница между "дБ", "дБм" и "дБи"? 
                                >>Как загрузить / добавить списки воспроизведения IPTV M3U / M3U8 вручную на поддерживаемых устройствах
                                >>Что такое КСВН: коэффициент стоячей волны напряжения

Оставить сообщение 

Список сообщений