Дигитална модулација: Амплитуда и фреквенција

Модулација на радиофреквенција

Иако се засноваат на истите концепти, брановите на дигитално-модулацијата изгледаат доста различни од нивните аналогни колеги.

Иако е далеку од истребување, аналогната модулација е едноставно некомпатибилна со дигиталниот свет. 

Ние веќе не ги фокусираме нашите напори на придвижување на аналогни бранови на форма од едно до друго место. Наместо тоа, сакаме да префрлиме податоци: безжично мрежно поврзување, дигитализирани аудио сигнали, мерења на сензори и слично. За пренесување дигитални податоци, користиме дигитална модулација.

Сепак, мора да бидеме внимателни со оваа терминологија. „Аналогни“ и „дигитални“ во овој контекст се однесуваат на видот на информацијата што се пренесува, а не на основните карактеристики на реалните пренесени бранови. 

И аналогната и дигиталната модулација користат непроменливи сигнали; разликата е во тоа што аналогно-модулираниот сигнал се демодира во аналогна базна лента, додека дигитално модулираниот сигнал се состои од дискретни единици за модулација, наречени симболи, кои се толкуваат како дигитални податоци.

Постојат аналогни и дигитални верзии од трите типа на модулација. Да почнеме со амплитудата и фреквенцијата.

Модулација на дигитална амплитуда
Овој вид на модулација се нарекува амплитудно копче за сместување (ASK). Најосновниот случај е „on-off keying“ (OOK), и одговара скоро директно на математичкиот однос дискутиран на страницата посветена на [[аналогната амплитудна модулација]]: Ако користиме дигитален сигнал како базна бранова форма, множејќи се основната лента и превозникот резултира во модулирана бранова форма што е нормална за логика висока и „исклучена“ за логика ниска. Амплитудата со голема логика одговара на индексот на модулација.

Домен на време
Следната парцела го покажува OOK генериран со помош на носач од 10 MHz и сигнал за дигитален часовник од 1 MHz. Овде работиме во математичката област, така што амплитудата со голема логика (и амплитудата на носачот) е едноставно бездимензионална „1“; во вистинско коло може да имате бранова форма 1 V и логички сигнал од 3.3 V.

Можеби забележавте неконзистентност помеѓу овој пример и математичкиот однос дискутиран на страницата [[Амплитуда модулација]]: не го префрливме сигналот за основната линија. Ако се занимавате со типична дигитална бранова форма DC, не е потребно менување нагоре бидејќи сигналот останува во позитивниот дел од y-оската.

Домен на фреквенција
Еве го соодветниот спектар:




Споредете го ова со спектарот за модулација на амплитудата со синусен бран од 1 MHz:




Поголемиот дел од спектарот е ист - скок на фреквенцијата на превозникот (fC) и скок на fC плус фреквенцијата на база на врски и fC минус фреквенцијата на базата. 

Сепак, спектарот ASK има и помали шила што одговараат на 3-та и 5-та хармоника: Основната фреквенција (fF) е 1 MHz, што значи дека 3-та хармоника (f3) е 3 MHz и 5-та хармоника (f5) е 5 MHz . Значи, имаме шила во fC плус / минус fF, f3 и f5. И, всушност, ако сакате да ја проширите заплетот, ќе видите дека шила продолжуваат според оваа шема.

Ова има совршена смисла. Преобразбата на Фјуриер на квадратен бран се состои од синусен бран со основна фреквенција заедно со синусни синови бранови со необична хармоника, а оваа хармонична содржина е она што го гледаме во спектарот прикажан погоре.

Оваа дискусија нè води до важна практична точка: ненадејните транзиции поврзани со шемите за дигитална модулација произведуваат (непожелна) содржина со поголема фреквенција. Мора да го имаме предвид ова кога ќе го земеме предвид вистинскиот опсег на модулираниот сигнал и присуството на фреквенции што би можеле да се мешаат во другите уреди.

Модулација на дигитална фреквенција
Овој вид модулација се нарекува тастатура за промена на фреквенцијата (FSK). За наши цели не е неопходно да се разгледа математички израз на FSK; наместо тоа, едноставно можеме да наведеме дека ќе имаме фреквенција f1 кога базата на податоци е логика 0 и фреквенција f2 кога базата на податоци е логика 1.

Домен на време
Еден метод за генерирање на подготвената трансмисија FSK бранова форма е прво да се создаде аналоген сигнал за базна врска, кој се менува помеѓу f1 и f2 според дигиталните податоци. Еве еден пример на FSK базна бранова форма со f1 = 1 kHz и f2 = 3 kHz. За да се осигураме дека симболот е исто времетраење на логиката 0 и логиката 1, ние користиме еден циклус од 1 kHz и три циклуси од 3 kHz.

Тогаш, брановата форма се префрла (користејќи миксер) до фреквенцијата на носачот и се пренесува. Овој пристап е особено корисен во радио-системите дефинирани со софтвер: аналогната базна широкопојасна форма е сигнал со ниска фреквенција, и со тоа може да се генерира математички, а потоа да се воведе во аналогната област од страна на DAC. Користењето на DAC за создавање сигнал со висока фреквенција, ќе биде многу потешко.

Повеќе концептуално јасен начин за спроведување на FSK е едноставно да имате два сигнали на носачот со различни фреквенции (f1 и f2); едниот или другиот се пренасочуваат кон излез во зависност од логичното ниво на бинарните податоци. 

Ова резултира во конечна пренесена бранова форма која се менува нагло помеѓу две фреквенции, слично како брановата форма на FSK на базата, освен што разликата помеѓу двете фреквенции е многу помала во однос на просечната фреквенција. Со други зборови, ако гледавте во заговор со временски домен, тешко би било визуелно да ги разликувате f1 секциите од f2 секциите, бидејќи разликата помеѓу f1 и f2 е само мал дел од f1 (или f2).

Домен на фреквенција
Ајде да погледнеме во ефектите на FSK во доменот на фреквенција. Ние ќе ја користиме нашата иста фреквенција на превозникот од 10 MHz (или просечна фреквенција на превозникот во овој случај) и ќе искористиме 1 MH MHz како девијација. (Ова е нереално, но погодно за нашите тековни цели.) Значи, пренесениот сигнал ќе биде 9 MHz за логика 0 и 11 MHz за логика 1. Тука е спектарот:

Забележете дека нема енергија на „фреквенцијата на носачот“. Ова не е изненадувачки, имајќи предвид дека модулираниот сигнал никогаш не е на 10 MHz. Секогаш е на 10 MHz минус 1 MHz или 10 MHz плус 1 MHz, и токму тука ги гледаме двете доминантни шила: 9 MHz и 11 MHz.

Но, што е со другите фреквенции присутни во овој спектар? Па, спектралната анализа на ФСК не е особено јасна. Знаеме дека ќе има дополнителна енергија од Фјуриер поврзана со наглите транзиции помеѓу фреквенциите. 

Излегува дека FSK резултира во синусна функција на спектар за секоја фреквенција, т.е. едниот е центриран на f1, а другиот е центриран на f2. Овие отпаѓа на дополнителните шири на фреквенцијата што се гледаат од двете страни на двете доминантни шила.

Резиме
* Модулацијата на дигитална амплитуда вклучува разликување на амплитудата на превозникот бран во дискретни делови според бинарни податоци.

* Најдиректен пристап кон модулацијата на дигиталната амплитуда е вклучувањето на копчето.

* Со модулацијата на дигитална фреквенција, фреквенцијата на превозникот или сигналот од основната ширина се разликува во дискретни делови според бинарни податоци.

* Ако ја споредиме дигиталната модулација со аналогната модулација, гледаме дека ненадејните транзиции создадени со дигитална модулација резултираат со дополнителна енергија на фреквенции подалеку од превозникот.

Остави порака 

Список со пораки