Osnove modulacije

"Digitalno-analogna pretvorba je proces promjene jedne od karakteristika analognog signala na temelju podataka u digitalnim podacima. Sinusni val definiran je s tri karakteristike: amplitudom, frekvencijom i fazom. Kad promijenimo bilo koga od ovih karakteristika, stvorimo drugačiju verziju tog vala. Dakle, mijenjanjem jedne karakteristike jednostavnog električnog signala, možemo ga koristiti za predstavljanje digitalnih podataka. ----- FMUSER"


Postoje tri mehanizma za moduliranje digitalnih podataka u analogni signal: amplitudno pomicanje tipki (ASK), frekvencijsko pomicanje (FSK) i tipkanje sa faznim pomakom (PSK). Pored toga, postoji i četvrti (i bolji) mehanizam koji kombinira promjenu i amplitude i faze kvadraturna amplituda modulacija (QAM).

Propusnost
Potrebna širina pojasa za analogni prijenos digitalnih podataka proporcionalna je brzini signala, osim za FSK, u kojem je potrebno dodati razliku između nosivih signala.

Vidi također: >> Usporedba 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Signal nosača
U analognom prijenosu, uređaj za slanje proizvodi visokofrekventni signal koji djeluje kao baza za informacijski signal. Ovaj bazni signal naziva se nosilac signal ili frekvencija nosača. Uređaj za prijem podešen je na frekvenciju nosača signala koji očekuje od pošiljatelja. Digitalne informacije tada mijenjaju signal nositelja izmjenom jedne ili više njegovih karakteristika (amplituda, frekvencija ili faza). Takva modifikacija se zove modulacija (Shift tipki).

1. Pomicanje amplitude:
U klapanju s amplitudnim pomakom amplituda nosača signala se mijenja za stvaranje signalnih elemenata. I frekvencija i faza ostaju konstantne dok se amplituda mijenja.

Binarni ASK (BASK)
ASK se obično provodi koristeći samo dvije razine. To se naziva binarnim pomicanjem amplitude ili isključivanjem (OOK). Amplituda vrha jedne razine signala je 0; drugi je isti kao i amplituda nosačke frekvencije. Sljedeća slika prikazuje konceptualni prikaz binarnih ASKS-a.

 

Vidi također: >> Koja je razlika između AM i FM? 

provedba:
Ako su digitalni podaci predstavljeni kao jednopolarni NRZ digitalni signal visokog napona od 1 V i niskog napona 0 V, implementacija se može postići množenjem NRZ digitalnog signala s prijenosnim signalom koji dolazi iz oscilatora koji je prikazan na sljedećoj slici. Kad je amplituda NRZ signala 1, amplituda nosačke frekvencije se zadržava; kada je amplituda NRZ signala 0, amplituda nosačke frekvencije je nula.




Širina pojasa za ASK:
Nosač signala je samo jedan jednostavan sinusni val, ali proces modulacije proizvodi neperiodični kompozitni signal. Ovaj signal ima kontinuirani skup frekvencija. Kao što očekujemo, širina pojasa proporcionalna je brzini signala (brzina prijenosa).

Međutim, normalno je uključen i drugi faktor, nazvan d, koji ovisi o modulaciji i procesu filtriranja. Vrijednost d je između 0 i 

●To znači da se širina pojasa može izraziti kao što je prikazano, gdje je S brzina signala, a B je širina pojasa.

Formula pokazuje da potrebna propusna širina ima minimalnu vrijednost S i maksimalnu vrijednost 2S. Najvažnija točka ovdje je mjesto propusnosti. Na sredini širine pojasa nalazi se fc nosač frekvencija. To znači da ako imamo na raspolaganju propusni kanal, možemo odabrati svoj fc tako da modulirani signal zauzima tu širinu pojasa. To je u stvari najvažnija prednost digitalno-analogne pretvorbe.

Vidi također: >>Što je QAM: kvadraturna amplitudna modulacija 

2. Uključivanje promjene frekvencije

Kod tipkovnog pomaka frekvencije, frekvencija nosača signala se mijenja da predstavlja podatke. Frekvencija moduliranog signala konstantna je tijekom trajanja jednog signalnog elementa, ali mijenja se za sljedeći signalni element ako se podatkovni element promijeni. I vršna amplituda i faza ostaju konstantni za sve signalne elemente.

Binarni FSK (BFSK)
Jedan od načina razmišljanja o binarnom FSK-u (ili BFSK-u) je uzeti u obzir dvije nosačke frekvencije. Na sljedećoj slici odabrali smo dvije nosive frekvencije f1 i f2. Prvi nosač koristimo ako je podatkovni element 0; koristimo drugi ako je podatkovni element 1.




Gornja slika pokazuje, sredina jedne širine pojasa je f1, a sredina druge f2. I f1 i f2 su udaljeni od središta između dva pojasa. Razlika između dvije frekvencije je 2∆f.

Vidi također: >> QAM modulator i demodulator  

provedba:
Postoje dvije implementacije BFSK-a: nekoherentna i koherentna. U nekoherentnom BFSK-u može doći do prekida u fazi kada jedan signalni element završi, a drugi započne. U koherentnom BFSK-u faza se nastavlja preko granice dvaju signalnih elemenata. Nekoherentni BFSK može se implementirati tretiranjem BFSK kao dvije ASK modulacije i uporabom dvije nosive frekvencije. Koherentni BFSK može se implementirati korištenjem jednog oscilatora s upravljanim naponom (VCO) koji mijenja svoju frekvenciju prema ulaznom naponu.

Sljedeća slika prikazuje pojednostavljenu ideju iza druge implementacije. Ulaz u oscilator je unipolarni NRZ signal. Kad je amplituda NRZ jednaka nuli, oscilator održava svoju redovitu frekvenciju; kada je amplituda pozitivna, frekvencija se povećava.

Širina pojasa za BFSK:

Na gornjoj slici prikazana je širina pojasa FSK. Opet su nosilni signali samo jednostavni sinusni valovi, ali modulacija stvara neperiodični kompozitni signal s kontinuiranim frekvencijama. FSK možemo zamisliti kao dva ASK signala, svaki s vlastitom frekvencijom nosača f1 i f2. Ako je razlika između dvije frekvencije 2∆f, tada je potrebna širina pojasa

3. Fazni pomak tipke:
U ključnom pomaku faze mijenja se faza nosača koja predstavlja dva ili više različitih signalnih elemenata. I fazna amplituda i frekvencija ostaju konstantni kako se faza mijenja.

Binarni PSK (BPSK):
Najjednostavniji PSK je binarni PSK, u kojem imamo samo dva signalna elementa, jedan s fazom 0 °, a drugi s fazom od 180 °. Sljedeća slika prikazuje konceptualni prikaz PSK. Binarni PSK je jednostavan kao binarni ASK s jednom velikom prednostom - manje je podložan buci. U ASK-u je kriterij za otkrivanje bita amplituda signala. Ali u PSK-u je faza. Buka može promijeniti amplitudu lakše nego što može promijeniti fazu. Drugim riječima, PSK je manje osjetljiv na buku od ASK-a. PSK je superiorniji od FSK-a jer nam ne trebaju dva prijenosna signala.

Grupaširina:
Širina pojasa jednaka je onoj za binarni ASK, ali manja od BFSK-a. Ne troši se propusni opseg za odvajanje dva nosača signala.

Vidi također: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulacija

provedba:
Implementacija BPSK-a jednostavna je kao i za ASK. Razlog je taj što se signalni element s fazom 180 ° može promatrati kao komplement signalnog elementa s fazom 0 °. Ovo nam daje pojma kako implementirati BPSK. Koristimo polarni NRZ signal umjesto unipolarnog NRZ signala, kao što je prikazano na sljedećoj slici. Polarni NRZ signal množi se s nosačkom frekvencijom. 1 bitni (pozitivni napon) predstavljen je fazom koja počinje na 0 °, a 0 bit (negativni napon) predstavljen je fazom koja počinje na 180 °.

 

4. Kvadratna amplitudna modulacija (QAM)
PSK je ograničen sposobnošću opreme da razlikuje male razlike u fazi. Ovaj faktor ograničava njegovu potencijalnu brzinu bita. Do sada smo mijenjali samo jednu od tri karakteristike sinusnog vala istodobno; ali što ako promijenimo dvije? Zašto ne kombinirati ASK i PSK? Ideja korištenja dva nosača, jednog međufaznog i drugog kvadratura, s različitim razinama amplitude za svaki nosač, je koncept koji stoji iza kvadraturne amplitudne modulacije (QAM).

Moguće varijacije QAM-a su brojne. Sljedeća slika prikazuje neke od tih shema. Na sljedećoj slici Dio a prikazuje najjednostavniju shemu 4-QAM (četiri različite vrste signalnih elemenata) koristeći unipolarni NRZ signal za modulaciju svakog nosača. To je isti mehanizam koji smo koristili za ASK (OOK). Dio b prikazuje drugi 4-QAM koristeći polarni NRZ, ali to je potpuno isto kao i QPSK. Dio c prikazuje još jedan QAM-4 u kojem smo koristili signal s dvije pozitivne razine da moduliramo svaki od dva nosača. Konačno, dio - d prikazuje konstelaciju 16-QAM signala s osam razina, četiri pozitivne i četiri negativne.

Vi svibanj također željeli: >>Koja je razlika između "dB", "dBm" i "dBi"? 
                                >>Kako Ručno učitati liste za reprodukciju M3U / M3U8 IPTV na podržanim uređajima
                                >>Što je VSWR: Omjer naponskog stalnog vala

Ostavite poruku 

Lista Poruka