Grundlæggende om moduleringsteknikker

"Digital-til-analog konvertering er processen med at ændre en af ​​karakteristikaene for et analogt signal baseret på informationen i digitale data. En sinusbølge er defineret af tre karakteristika: amplitude, frekvens og fase. Når vi ændrer nogen af ​​disse karakteristika, skaber vi en anden version af den bølge. Så ved at ændre en karakteristik af et simpelt elektrisk signal kan vi bruge det til at repræsentere digitale data. ----- FMUSER"


Der er tre mekanismer til at modulere digitale data til et analogt signal: amplitude shift keying (SPØRG), frekvensskift-tastning (FSK) og faseskift-tasting (PSK). Derudover er der en fjerde (og bedre) mekanisme, der kombinerer ændring af både amplitude og fase, kaldet kvadratur amplitude modulering (QAM).

båndbredde
Den nødvendige båndbredde til analog transmission af digitale data er proportional med signalhastigheden undtagen for FSK, hvor forskellen mellem bæresignalerne skal tilføjes.

Se også: >> Sammenligning af 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Bæresignal
Ved analog transmission producerer den afsendende enhed et højfrekvent signal, der fungerer som en base for informationssignalet. Dette basissignal kaldes bæresignalet eller bærefrekvensen. Den modtagende enhed er indstillet til frekvensen af ​​bæresignalet, som den forventer fra afsenderen. Digital information ændrer derefter bæresignalet ved at ændre en eller flere af dets karakteristika (amplitude, frekvens eller fase). Denne form for modifikation kaldes modulation (skifttastning).

1. Amplitude Shift Keying:
Ved amplitudeskift-tasting varieres amplituden af ​​bæresignalet for at skabe signalelementer. Både frekvens og fase forbliver konstante, mens amplituden ændres.

Binær ASK (BASK)
ASK implementeres normalt med kun to niveauer. Dette omtales som binær amplitudeforskydningstastning eller on-off keying (OOK). Spidsamplituden af ​​et signalniveau er 0; den anden er den samme som amplituden af ​​bærefrekvensen. Følgende figur giver et konceptuelt billede af binære SPØRGSMÅL.

 

Se også: >> Hvad er forskellen mellem AM og FM? 

Gennemførelse:
Hvis digitale data præsenteres som et unipolært NRZ digitalt signal med en højspænding på 1V og en lavspænding på 0V, kan implementeringen opnås ved at multiplicere det digitale NRZ-signal med bæresignalet, der kommer fra en oscillator, som er repræsenteret i den følgende figur. Når amplituden af ​​NRZ-signalet er 1, holdes amplituden af ​​bærefrekvensen; når amplituden af ​​NRZ-signalet er 0, er amplituden af ​​bærefrekvensen nul.




Båndbredde til ASK:
Bærebølgesignalet er kun en simpel sinusbølge, men moduleringsprocessen producerer et ikke-periodisk sammensat signal. Dette signal har et kontinuerligt sæt frekvenser. Som vi forventer, er båndbredden proportional med signalhastigheden (baudraten).

Men der er normalt en anden faktor involveret, kaldet d, som afhænger af modulerings- og filtreringsprocessen. Værdien af ​​d er mellem 0 og 

●Det betyder, at båndbredden kan udtrykkes som vist, hvor S er signalhastigheden og B er båndbredden.

Formlen viser, at den nødvendige båndbredde har en minimumsværdi på S og en maksimumværdi på 2S. Det vigtigste punkt her er placeringen af ​​båndbredden. Midten af ​​båndbredden er hvor fc bærefrekvensen er placeret. Det betyder, at hvis vi har en båndpaskanal tilgængelig, kan vi vælge vores fc, så det modulerede signal optager den båndbredde. Dette er faktisk den vigtigste fordel ved digital-til-analog konvertering.

Se også: >>Hvad er QAM: quadrature amplitude modulation 

2. Tastning af frekvensskift

Ved frekvensskift-tasting varieres frekvensen af ​​bæresignalet for at repræsentere data. Frekvensen af ​​det modulerede signal er konstant i varigheden af ​​et signalelement, men ændres for det næste signalelement, hvis dataelementet ændres. Både spidsamplitude og fase forbliver konstante for alle signalelementer.

Binær FSK (BFSK)
En måde at tænke på binær FSK (eller BFSK) er at overveje to bærefrekvenser. I den følgende figur har vi valgt to bærefrekvenser f1 og f2. Vi bruger den første bærer, hvis dataelementet er 0; vi bruger den anden, hvis dataelementet er 1.




Ovenstående figur viser, at midten af ​​den ene båndbredde er f1 og midten af ​​den anden er f2. Både f1 og f2 er ∆f bortset fra midtpunktet mellem de to bånd. Forskellen mellem de to frekvenser er 2∆f.

Se også: >> QAM Modulator & Demodulator  

Gennemførelse:
Der er to implementeringer af BFSK: ikke-sammenhængende og sammenhængende. I ikke-kohærent BFSK kan der være diskontinuitet i fasen, hvor det ene signalelement slutter og det næste begynder. I kohærent BFSK fortsætter fasen gennem grænsen af ​​to signalelementer. Ikke-kohærent BFSK kan implementeres ved at behandle BFSK som to ASK-modulationer og bruge to bærefrekvenser. Kohærent BFSK kan implementeres ved at bruge en spændingsstyret oscillator (VCO), der ændrer sin frekvens i henhold til indgangsspændingen.

Følgende figur viser den forenklede idé bag den anden implementering. Indgangen til oscillatoren er det unipolære NRZ-signal. Når amplituden af ​​NRZ er nul, beholder oscillatoren sin normale frekvens; når amplituden er positiv, øges frekvensen.

Båndbredde for BFSK:

Ovenstående figur viser båndbredden af ​​FSK. Igen er bærebølgesignalerne kun simple sinusbølger, men moduleringen skaber et ikke-periodisk sammensat signal med kontinuerlige frekvenser. Vi kan tænke på FSK som to ASK-signaler, hver med sin egen bærefrekvens f1 og f2. Hvis forskellen mellem de to frekvenser er 2∆f, så er den nødvendige båndbredde

3. Phase Shift Keying:
Ved faseforskydningstastning varieres fasen af ​​bærebølgen til at repræsentere to eller flere forskellige signalelementer. Både spidsamplitude og frekvens forbliver konstant, når fasen ændres.

Binær PSK (BPSK):
Den enkleste PSK er binær PSK, hvor vi kun har to signalelementer, det ene med en fase på 0° og det andet med en fase på 180°. Følgende figur giver et konceptuelt billede af PSK. Binær PSK er lige så enkel som binær ASK med en stor fordel - den er mindre modtagelig for støj. I ASK er kriteriet for bitdetektion amplituden af ​​signalet. Men i PSK er det fasen. Støj kan ændre amplituden lettere, end den kan ændre fasen. Med andre ord er PSK mindre modtagelig for støj end ASK. PSK er FSK overlegen, fordi vi ikke har brug for to bæresignaler.

Armbåndbredde:
Båndbredden er den samme som for binær ASK, men mindre end for BFSK. Ingen båndbredde spildes til at adskille to bæresignaler.

Se også: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulationstyper

Gennemførelse:
Implementeringen af ​​BPSK er lige så enkel som for ASK. Årsagen er, at signalelementet med fase 180° kan ses som komplementet til signalelementet med fase 0°. Dette giver os et fingerpeg om, hvordan vi implementerer BPSK. Vi bruger et polært NRZ-signal i stedet for et unipolært NRZ-signal, som vist i følgende figur. Det polære NRZ-signal multipliceres med bærefrekvensen. 1 bit (positiv spænding) er repræsenteret af en fase, der starter ved 0°, 0 bit (negativ spænding) er repræsenteret af en fase, der starter ved 180°.

 

4. Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
PSK er begrænset af udstyrets evne til at skelne små faseforskelle. Denne faktor begrænser dens potentielle bithastighed. Hidtil har vi kun ændret en af ​​de tre karakteristika for en sinusbølge ad gangen; men hvad hvis vi ændrer to? Hvorfor ikke kombinere ASK og PSK? Ideen med at bruge to bærebølger, den ene i fase og den anden kvadratur, med forskellige amplitudeniveauer for hver bærebølge er konceptet bag kvadraturamplitudemodulation (QAM).

De mulige variationer af QAM er talrige. Følgende figur viser nogle af disse ordninger. I den følgende figur viser del a det enkleste 4-QAM-skema (fire forskellige signalelementtyper) ved hjælp af et unipolært NRZ-signal til at modulere hver bærebølge. Dette er den samme mekanisme, som vi brugte til ASK (OOK). Del b viser en anden 4-QAM ved hjælp af polær NRZ, men dette er nøjagtigt det samme som QPSK. Del c viser en anden QAM-4, hvor vi brugte et signal med to positive niveauer til at modulere hver af de to bærebølger. Endelig viser del - d en 16-QAM-konstellation af et signal med otte niveauer, fire positive og fire negative.

Du kan også lide: >>Hvad er forskellen mellem "dB", "dBm" og "dBi"? 
                                >>Sådan indlæses / tilføjes M3U / M3U8 IPTV-afspilningslister manuelt på understøttede enheder
                                >>Hvad er VSWR: Voltage Standing Wave Ratio

Læg en besked 

Message List