Grundläggande om moduleringstekniker

"Digital-till-analog konvertering är processen att ändra en av egenskaperna hos en analog signal baserad på informationen i digital data. En sinusvåg definieras av tre egenskaper: amplitud, frekvens och fas. När vi ändrar någon av dessa egenskaper, skapar vi en annan version av den vågen. Så genom att ändra en egenskap hos en enkel elektrisk signal kan vi använda den för att representera digital data. ----- FMUSER"


Det finns tre mekanismer för att modulera digital data till en analog signal: amplitudskiftnyckling (FRÅGA), frekvensskiftnyckling (FSK) och fasskiftnyckling (PSK). Dessutom finns det en fjärde (och bättre) mekanism som kombinerar förändring av både amplitud och fas, kallad kvadraturamplitudmodulering (QAM).

Bandbredd
Den erforderliga bandbredden för analog överföring av digital data är proportionell mot signalhastigheten förutom FSK, i vilken skillnaden mellan bärarsignalerna måste läggas till.

Se även: >> Jämförelse av 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Bärarsignal
Vid analog sändning producerar den sändande enheten en högfrekvenssignal som fungerar som en bas för informationssignalen. Denna bassignal kallas bärsignalen eller bärfrekvensen. Mottagarenheten är inställd på frekvensen för bärarsignalen som den förväntar sig från avsändaren. Digital information ändrar sedan bärarsignalen genom att modifiera en eller flera av dess egenskaper (amplitud, frekvens eller fas). Denna typ av modifiering kallas modulering (skiftnyckling).

1. Amplitudskiftnyckel:
Vid amplitudskiftnyckling varieras bärarsignalens amplitud för att skapa signalelement. Både frekvens och fas förblir konstant medan amplituden förändras.

Binär ASK (BASK)
ASK implementeras normalt med bara två nivåer. Detta kallas binär amplitudskiftning eller on-off keying (OOK). Toppamplituden för en signalnivå är 0; den andra är densamma som amplituden för bärfrekvensen. Följande figur ger en konceptuell vy av binära ASKS.

 

Se även: >> Vad är skillnaden mellan AM och FM? 

Genomförande:
Om digital data presenteras som en enpolär NRZ digital signal med en hög spänning på 1V och en låg spänning på 0V, kan implementeringen uppnås genom att multiplicera NRZ digitala signalen med bärarsignalen som kommer från en oscillator som representeras i följande figur. När amplituden för NRZ-signalen är 1 hålls amplituden för bärfrekvensen; när amplituden hos NRZ-signalen är 0 är amplituden för bärfrekvensen noll.




Bandbredd för ASK:
Bärarsignalen är bara en enkel sinusvåg, men moduleringsprocessen ger en icke-periodisk sammansatt signal. Denna signal har en kontinuerlig uppsättning av frekvenser. Som vi förväntar oss är bandbredden proportionell mot signalfrekvensen (baud rate).

Men det är normalt en annan faktor involverad, kallad d, som beror på modulerings- och filtreringsprocessen. Värdet på d är mellan 0 och 

●Detta betyder att bandbredden kan uttryckas som visas, där S är signalhastigheten och B är bandbredden.

Formeln visar att den erforderliga bandbredden har ett lägsta värde på S och ett maximivärde på 2S. Den viktigaste punkten här är bandbreddens placering. Mitt i bandbredden är där fc-bärfrekvensen är belägen. Detta innebär att om vi har en bandpasskanal tillgänglig, kan vi välja vår fc så att den modulerade signalen upptar bandbredden. Detta är i själva verket den viktigaste fördelen med digital-till-analog-omvandling.

Se även: >>Vad är QAM: kvadraturamplitudmodulering 

2. Frekvensskiftnyckling

Vid frekvensskiftnyckling varieras bärarsignalens frekvens för att representera data. Frekvensen för den modulerade signalen är konstant under ett signalelement, men ändras för nästa signalelement om dataelementet ändras. Både toppamplitud och fas förblir konstant för alla signalelement.

Binär FSK (BFSK)
Ett sätt att tänka på binär FSK (eller BFSK) är att överväga två bärfrekvenser. I följande figur har vi valt två bärfrekvenser f1 och f2. Vi använder den första bäraren om dataelementet är 0; vi använder den andra om dataelementet är 1.




Ovanstående figur visar, mitten av en bandbredd är f1 och mitten av den andra är f2. Både f1 och f2 är apartf bortsett från mittpunkten mellan de båda banden. Skillnaden mellan de två frekvenserna är 2∆f.

Se även: >> QAM Modulator & Demodulator  

Genomförande:
Det finns två implementeringar av BFSK: icke-koherent och koherent. I icke koherent BFSK kan det finnas diskontinuitet i fasen när ett signalelement slutar och nästa börjar. I sammanhängande BFSK fortsätter fasen genom gränsen för två signalelement. Icke-koherent BFSK kan implementeras genom att behandla BFSK som två ASK-moduleringar och använda två bärfrekvenser. Koherent BFSK kan implementeras genom att använda en spänningsstyrd oscillator (VCO) som ändrar frekvensen beroende på ingångsspänningen.

Följande figur visar den förenklade idén bakom den andra implementeringen. Ingången till oscillatorn är den unipolära NRZ-signalen. När amplituden hos NRZ är noll, behåller oscillatorn sin regelbundna frekvens; när amplituden är positiv ökas frekvensen.

Bandbredd för BFSK:

Bilden ovan visar FSK: s bandbredd. Återigen är bärarsignalerna bara enkla sinusvågor, men moduleringen skapar en icke-periodisk sammansatt signal med kontinuerliga frekvenser. Vi kan tänka på FSK som två ASK-signaler, alla med sin egen bärfrekvens f1 och f2. Om skillnaden mellan de två frekvenserna är 2∆f, är den erforderliga bandbredden

3. Fasskiftnyckling:
Vid fasskiftnyckling varieras bärarens fas för att representera två eller flera olika signalelement. Både toppamplituden och frekvensen förblir konstant när fasen förändras.

Binär PSK (BPSK):
Den enklaste PSK är binär PSK, där vi bara har två signalelement, en med en fas på 0 ° och den andra med en fas på 180 °. Följande figur ger en konceptuell vy av PSK. Binär PSK är lika enkelt som binär ASK med en stor fördel - den är mindre känslig för brus. I ASK är kriteriet för bitdetektering signalens amplitud. Men i PSK är det fasen. Buller kan förändra amplituden lättare än det kan ändra fasen. Med andra ord är PSK mindre känsligt för brus än ASK. PSK är överlägsen FSK eftersom vi inte behöver två bärarsignaler.

Bandbredd:
Bandbredden är densamma som för binär ASK, men mindre än för BFSK. Ingen bandbredd slösas bort för att separera två bärarsignaler.

Se även: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM moduleringstyper

Genomförande:
Implementeringen av BPSK är lika enkel som för ASK. Anledningen är att signalelementet med fas 180 ° kan ses som komplementet till signalelementet med fas 0 °. Detta ger oss en ledtråd om hur man implementerar BPSK. Vi använder en polär NRZ-signal istället för en unipolär NRZ-signal, som visas i följande figur. Den polära NRZ-signalen multipliceras med bärfrekvensen. 1 biten (positiv spänning) representeras av en fas som börjar vid 0 ° 0 biten (negativ spänning) representeras av en fas som börjar vid 180 °.

 

4. Kvadratur Amplitude Modulation (QAM)
PSK begränsas av utrustningens förmåga att skilja små skillnader i fas. Denna faktor begränsar dess potentiella bithastighet. Hittills har vi bara förändrat en av de tre egenskaperna hos sinusvågen åt gången; men vad händer om vi ändrar två? Varför inte kombinera ASK och PSK? Idén att använda två bärare, en i fas och den andra kvadraturen, med olika amplitudnivåer för varje bärare är konceptet bakom kvadraturamplitudmodulering (QAM).

De möjliga variationerna av QAM är många. Följande figur visar några av dessa scheman. I följande figur visar del a det enklaste 4-QAM-schemat (fyra olika signalelementtyper) med en unipolär NRZ-signal för att modulera varje bärare. Detta är samma mekanism som vi använde för ASK (OOK). Del b visar ytterligare en 4-QAM med polär NRZ, men det är exakt samma som QPSK. Del c visar en annan QAM-4 där vi använde en signal med två positiva nivåer för att modulera var och en av de två bärarna. Slutligen visar del - d en 16-QAM-konstellation av en signal med åtta nivåer, fyra positiva och fyra negativa.

Du kanske också gillar: >>Vad är skillnaden mellan "dB", "dBm" och "dBi"? 
                                >>Hur man laddar / lägger till M3U / M3U8 IPTV-spellistor manuellt på enheter som stöds
                                >>Vad är VSWR: Voltage Standing Wave Ratio

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC