Digitaalne modulatsioon: amplituud ja sagedus

Raadiosageduse modulatsioon

Ehkki need põhinevad samadel kontseptsioonidel, näevad digitaalmodulatsiooni lainekujud üsna sarnased nende analoogidega.

Ehkki kaugel väljasurnust, on analoogmodulatsioon digitaalmaailmaga lihtsalt ühildamatu. 

Me ei keskendu enam analooglainekujude ühest kohast teise liikumisele. Pigem tahame andmeid teisaldada: traadita võrgud, digitaliseeritud helisignaalid, andurite mõõtmised ja nii edasi. Digitaalsete andmete edastamiseks kasutame digitaalset modulatsiooni.

Selle terminoloogia osas peame siiski olema ettevaatlikud. „Analoog” ja „digitaalne” osutavad selles kontekstis edastatava teabe tüübile, mitte tegelike edastatavate lainekujude põhiomadustele. 

Nii analoog kui ka digitaalne modulatsioon kasutavad sujuvalt muutuvaid signaale; erinevus seisneb selles, et analoogmoduleeritud signaal demoduleeritakse analoogseks põhiriba lainekujuks, samas kui digitaalselt moduleeritud signaal koosneb diskreetsetest modulatsiooniseadmetest, mida nimetatakse sümboliteks ja mida tõlgendatakse digitaalse andmena.

Kolmest modulatsioonitüübist on olemas analoog- ja digitaalversioonid. Alustame amplituudist ja sagedusest.

Digitaalne amplituudmodulatsioon
Seda tüüpi modulatsiooni nimetatakse amplituudi nihutamise võtmeks (ASK). Kõige tavalisem juhtum on „sisse-välja lülitamine” (OOK) ja see vastab peaaegu otseselt matemaatilisele seosele, mida käsitletakse lehel, mis on pühendatud [[analoog amplituudi modulatsioon]]: Kui kasutame baasriba lainekujutisena digitaalset signaali, korrutades põhiriba ja kandja tulemuseks on moduleeritud lainekuju, mis on normaalne kõrge loogika korral ja “välja” loogika madala korral. Loogika-kõrge amplituud vastab modulatsiooniindeksile.

Aja domeen
Järgmine graafik näitab OOK-d, mis on genereeritud 10 MHz kandja ja 1 MHz digitaalse taktsignaali abil. Me tegutseme siin matemaatilises ruumis, nii et loogikaline kõrge amplituud (ja kandejõu amplituud) on lihtsalt mõõtmeteta “1”; reaalses vooluringis võib olla 1 V kandelainekuju ja 3.3 V loogikasignaal.

Võib-olla olete märganud ühte näidet [[Amplituudi modulatsiooni]] lehel käsitletud näite ja matemaatilise seose vahel: me ei nihutanud põhiriba signaali. Kui tegemist on tüüpilise alalisvooluga ühendatud digitaalse lainekujuga, pole ülespoole nihutamine vajalik, kuna signaal jääb y-telje positiivsesse ossa.

Sagedusala
Siin on vastav spekter:




Võrrelge seda 1 MHz siinuslaine amplituudmodulatsiooni spektriga:




Suurem osa spektrist on ühesugused - kandesageduse teravik (fC) ja kangi sagedusel fC pluss põhiriba sagedus ja fC miinus põhiriba sagedus. 

Kuid ASK spektris on ka väiksemaid naelu, mis vastavad 3. ja 5. harmoonilisele: Põhisagedus (fF) on 1 MHz, mis tähendab, et 3. harmooniline (f3) on 3 MHz ja 5. harmooniline (f5) on 5 MHz . Seega on meil tipud fC pluss / miinus fF, f3 ja f5. Ja tegelikult, kui peaksite maatükki laiendama, näeksite, et naelu jätkub selle mustri järgi.

See on täiesti mõistlik. Ruutlaine Fourieri teisend koosneb siinuslainest põhisagedusel koos siinuse vähenemise amplituudiga siinuslainetest paaritu harmoonilise korral ja seda harmoonilist sisu näeme ülaltoodud spektris.

See arutelu viib meid olulise praktilise punktini: digitaalsete modulatsiooniskeemidega seotud järsud üleminekud tekitavad (soovimatu) kõrgema sagedusega sisu. Peame seda meeles pidama, kui arvestame moduleeritud signaali tegelikku ribalaiust ja sageduste olemasolu, mis võivad teisi seadmeid häirida.

Digitaalne sagedusmodulatsioon
Seda tüüpi modulatsiooni nimetatakse sagedusnihete võtmeks (FSK). Meie eesmärkidel ei ole vaja arvestada FSK matemaatilist avaldist; pigem saame lihtsalt täpsustada, et meil on sagedus f1, kui põhiriba andmed on loogika 0, ja sagedus f2, kui põhiriba andmed on loogika 1.

Aja domeen
Edastamiseks valmis FSK lainekuju genereerimise üks meetod on kõigepealt luua analoog baasriba signaal, mis lülitub vastavalt digitaalsetele andmetele f1 ja f2 vahel. Siin on näide FSK põhiriba lainekujust, mille f1 = 1 kHz ja f2 = 3 kHz. Et tagada sümboli loogika 0 ja loogika 1 sama kestus, kasutame ühte 1 kHz tsüklit ja kolme 3 kHz tsüklit.

Seejärel nihutatakse põhiriba lainekuju (mikseri abil) kandesagedusele ja edastatakse. See lähenemisviis on eriti mugav tarkvaraga määratletud raadiosidesüsteemides: analoog baasriba lainekuju on madala sagedusega signaal ja seega saab selle matemaatiliselt genereerida, seejärel sisestada DAC-i kaudu analoogmaailma. DAC-i kasutamine kõrgsagedusliku signaali loomiseks oleks palju raskem.

Kontseptuaalselt arusaadavam viis FSK rakendamiseks on lihtsalt kahe erineva sagedusega kandesignaali olemasolu (f1 ja f2); üks või teine ​​suunatakse väljundisse sõltuvalt binaarandmete loogikast. 

Selle tulemuseks on lõplik edastatud lainekuju, mis lülitub järsult üle kahe sageduse, sarnaselt ülaltoodud põhiriba FSK lainekujule, kuid erinevus kahe sageduse vahel on keskmise sagedusega võrreldes palju väiksem. Teisisõnu, kui vaataksite ajapiirkonna graafikut, oleks f1 lõikude visuaalne eristamine f2 lõikudest keeruline, kuna erinevus f1 ja f2 vahel on vaid väike murdosa f1-st (või f2-st).

Sagedusala
Vaatame FSK mõju sagedusalas. Kasutame sama 10 MHz kandesagedust (või sel juhul keskmist kandesagedust) ja kõrvalekaldena kasutame ± 1 MHz. (See on ebareaalne, kuid meie praegustel eesmärkidel mugav.) Seega on edastatud signaal loogika 9 jaoks 0 MHz ja loogika 11 jaoks 1 MHz. Siin on spekter:

Pange tähele, et kandesagedusel pole energiat. See pole üllatav, kui arvestada, et moduleeritud signaal ei ole kunagi sagedusel 10 MHz. See on alati sagedusel 10 MHz miinus 1 MHz või 10 MHz pluss 1 MHz ja just siin näeme kahte domineerivat piiki: 9 MHz ja 11 MHz.

Mis saab teistest selles spektris esinevatest sagedustest? Noh, FSK spektraalanalüüs pole eriti sirgjooneline. Me teame, et sageduste vaheliste järskude üleminekutega kaasneb täiendav Fourier-energia. 

Selgub, et FSK annab iga sageduse jaoks sinc-funktsioonitüüpi spektri, st üks on f1 ja teine ​​f2. Need moodustavad täiendavad sageduspiigid, mis on näha kahe domineeriva piigi mõlemal küljel.

kokkuvõte
* Digitaalne amplituudmodulatsioon hõlmab kandelaine amplituudi varieerimist diskreetsetes sektsioonides vastavalt binaarandmetele.

* Kõige sirgem lähenemine digitaalse amplituudmodulatsiooni jaoks on sisse-välja klahvimine.

* Digitaalse sagedusmodulatsiooni korral varieeritakse kandja või põhiriba signaali sagedust diskreetsetes sektsioonides vastavalt binaarandmetele.

* Kui võrrelda digitaalset modulatsiooni analoogmodulatsiooniga, näeme, et digitaalse modulatsiooni tekitatud järsud üleminekud annavad kandurist kaugemal asuvatel sagedustel lisaenergiat.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri