Základy modulačních technik

„Převod z digitálního na analogový je proces změny jedné z vlastností analogového signálu na základě informací v digitálních datech. Sinusová vlna je definována třemi charakteristikami: amplitudou, frekvencí a fází. Když některou z těchto vlastností změníme, vytvoříme jinou verzi této vlny. Takže změnou jedné charakteristiky jednoduchého elektrického signálu ji můžeme použít k reprezentaci digitálních dat. ----- FMUSER"


Existují tři mechanismy pro modulaci digitálních dat na analogový signál: klíčování amplitudového posunu (ASK), klíčování s frekvenčním posunem (FSK) a klíčování s fázovým posunem (PSK). Kromě toho existuje čtvrtý (a lepší) mechanismus, který kombinuje změnu amplitudy a fáze, které se nazývají kvadraturní amplitudová modulace (QAM).

Šířka pásma
Požadovaná šířka pásma pro analogový přenos digitálních dat je úměrná rychlosti signálu s výjimkou FSK, ve kterém je třeba přidat rozdíl mezi nosnými signály.

Viz také: >> Porovnání 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Dopravní signál
Při analogovém přenosu vysílající zařízení produkuje vysokofrekvenční signál, který funguje jako základna informačního signálu. Tento základní signál se nazývá nosný signál nebo nosná frekvence. Přijímací zařízení je naladěno na frekvenci nosného signálu, který očekává od odesílatele. Digitální informace poté mění nosný signál úpravou jedné nebo více jeho charakteristik (amplituda, frekvence nebo fáze). Tento druh modifikace se nazývá modulace (řazení klíčů).

1. Amplituda Shift Keying:
Při klíčování s posunem amplitudy se mění amplituda nosného signálu, aby se vytvořily signální prvky. Frekvence i fáze zůstávají konstantní, zatímco se mění amplituda.

Binární ASK (BASK)
ASK se obvykle implementuje pouze pomocí dvou úrovní. Toto se označuje jako binární klíčování s posunem amplitudy nebo klíčování zapnuto-vypnuto (OOK). Špičková amplituda jedné úrovně signálu je 0; druhý je stejný jako amplituda nosné frekvence. Následující obrázek ukazuje koncepční pohled na binární ASKS.

 

Viz také: >> Jaký je rozdíl mezi AM a FM? 

Realizace:
Pokud jsou digitální data prezentována jako unipolární digitální signál NRZ s vysokým napětím 1 V a nízkým napětím 0 V, může být implementace dosažena vynásobením digitálního signálu NRZ nosným signálem pocházejícím z oscilátoru, který je znázorněn na následujícím obrázku. Když je amplituda signálu NRZ 1, je udržována amplituda nosné frekvence; když je amplituda signálu NRZ 0, je amplituda nosné frekvence nulová.




Šířka pásma pro ASK:
Nosný signál je pouze jedna jednoduchá sinusová vlna, ale proces modulace produkuje neperiodický složený signál. Tento signál má spojitou frekvenci. Jak očekáváme, šířka pásma je úměrná rychlosti signálu (přenosová rychlost).

Obvykle se však jedná o další faktor, nazývaný d, který závisí na procesu modulace a filtrování. Hodnota d je mezi 0 a 

●To znamená, že šířku pásma lze vyjádřit, jak je znázorněno, kde S je rychlost signálu a B je šířka pásma.

Vzorec ukazuje, že požadovaná šířka pásma má minimální hodnotu S a maximální hodnotu 2S. Nejdůležitějším bodem je umístění šířky pásma. Uprostřed šířky pásma je místo, kde fc je nosná frekvence. To znamená, že pokud máme k dispozici pásmový propust, můžeme si vybrat náš fc tak, aby modulovaný signál zabíral tuto šířku pásma. Toto je ve skutečnosti nejdůležitější výhodou převodu z digitálního na analogový.

Viz také: >>Co je QAM: kvadraturní amplitudová modulace 

2. Klíčování frekvence

Při klíčování s frekvenčním posunem se frekvence nosného signálu mění tak, aby reprezentovala data. Frekvence modulovaného signálu je konstantní po dobu trvání jednoho signálního prvku, ale změní se pro další signální prvek, pokud se datový prvek změní. Maximální amplituda i fáze zůstávají pro všechny signální prvky konstantní.

Binární FSK (BFSK)
Jeden způsob, jak přemýšlet o binárním FSK (nebo BFSK), je zvážit dvě nosné frekvence. Na následujícím obrázku jsme vybrali dvě nosné frekvence f1 a f2. První datový nosič použijeme, pokud je datový prvek 0; použijeme druhý, pokud je datový prvek 1.




Výše uvedený obrázek ukazuje, že střed jedné šířky pásma je f1 a střed druhé je f2. Jak f1, tak f2 jsou od sebe vzdáleny od středu mezi dvěma pruhy. Rozdíl mezi těmito dvěma frekvencemi je 2∆f.

Viz také: >> QAM modulátor a demodulátor  

Realizace:
Existují dvě implementace BFSK: nekoherentní a koherentní. V nekoherentním BFSK může být diskontinuita ve fázi, kdy jeden signální prvek končí a další začíná. V koherentním BFSK fáze pokračuje přes hranici dvou signálních prvků. Nesoudržný BFSK lze implementovat zpracováním BFSK jako dvou ASK modulací a použitím dvou nosných frekvencí. Koherentní BFSK lze implementovat pomocí jednoho napěťově řízeného oscilátoru (VCO), který mění svou frekvenci podle vstupního napětí.

Následující obrázek ukazuje zjednodušenou myšlenku druhé implementace. Vstupem do oscilátoru je unipolární signál NRZ. Když je amplituda NRZ nulová, oscilátor udržuje svou pravidelnou frekvenci; když je amplituda kladná, frekvence se zvýší.

Šířka pásma pro BFSK:

Výše uvedený obrázek ukazuje šířku pásma FSK. Opět nosné signály jsou pouze jednoduché sinusové vlny, ale modulace vytváří neperiodický složený signál s kontinuálními frekvencemi. FSK můžeme považovat za dva ASK signály, každý s vlastní nosnou frekvencí f1 a f2. Pokud je rozdíl mezi oběma frekvencemi 2∆f, pak je požadovaná šířka pásma

3. Klíčování fázového posunu:
Při klíčování fázovým posunem se fáze nosiče mění tak, aby představovala dva nebo více různých signálních prvků. Jak amplituda, tak frekvence zůstávají při změně fáze konstantní.

Binární PSK (BPSK):
Nejjednodušší PSK je binární PSK, ve kterém máme pouze dva signální prvky, jeden s fází 0 ° a druhý s fází 180 °. Následující obrázek ukazuje koncepční pohled na PSK. Binární PSK je stejně jednoduchá jako binární ASK s jednou velkou výhodou - je méně náchylná k šumu. V ASK je kritériem pro detekci bitů amplituda signálu. Ale v PSK je to fáze. Hluk může změnit amplitudu snadněji, než může změnit fázi. Jinými slovy, PSK je méně citlivý na šum než ASK. PSK je lepší než FSK, protože nepotřebujeme dva nosné signály.

Kapelašířka:
Šířka pásma je stejná jako pro binární ASK, ale menší než pro BFSK. Pro oddělení dvou nosných signálů není zbytečná žádná šířka pásma.

Viz také: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulačních typů

Realizace:
Implementace BPSK je stejně jednoduchá jako implementace pro ASK. Důvod je ten, že signální prvek s fází 180 ° lze považovat za doplněk signálního prvku s fází 0 °. To nám dává vodítko, jak implementovat BPSK. Místo unipolárního signálu NRZ používáme polární signál NRZ, jak ukazuje následující obrázek. Polární signál NRZ je násoben nosnou frekvencí. 1 bit (kladné napětí) je reprezentován fází začínající na 0 ° 0 bit (záporné napětí) je představován fází začínající na 180 °.

 

4. Kvadraturní amplitudová modulace (QAM)
PSK je omezena schopností zařízení rozlišit malé rozdíly ve fázi. Tento faktor omezuje jeho potenciální bitovou rychlost. Doposud jsme měnili pouze jednu ze tří charakteristik sinusové vlny najednou; ale co když změníme dva? Proč nekombinovat ASK a PSK? Myšlenka použít dva nosiče, jeden ve fázi a druhý kvadraturní, s různými úrovněmi amplitudy pro každý nosič, je konceptem kvadraturní amplitudové modulace (QAM).

Možné variace QAM jsou četné. Následující obrázek ukazuje některé z těchto schémat. Na následujícím obrázku část a ukazuje nejjednodušší schéma 4-QAM (čtyři různé typy signálových prvků) využívající unipolární signál NRZ k modulaci každé nosné. Toto je stejný mechanismus, jaký jsme použili pro ASK (OOK). Část b ukazuje další 4-QAM používající polární NRZ, ale toto je úplně stejné jako QPSK. Část c ukazuje další QAM-4, ve kterém jsme použili signál se dvěma pozitivními úrovněmi pro modulaci každého z těchto dvou nosičů. Konečně, část d ukazuje 16-QAM konstelaci signálu s osmi úrovněmi, čtyřmi pozitivními a čtyřmi negativními.

Můžete také rád: >>Jaký je rozdíl mezi „dB“, „dBm“ a „dBi“? 
                                >>Jak načíst / přidat seznamy IPTV M3U / M3U8 ručně na podporovaných zařízeních
                                >>Co je VSWR: Voltage Standing Wave Ratio

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv