Skaitmeninis moduliavimas: amplitudė ir dažnis

Radijo dažnio moduliavimas

Nors skaitmeninės moduliacijos bangos yra pagrįstos tomis pačiomis koncepcijomis, jos skiriasi nuo analogiškų analogų.

Nors analoginė moduliacija toli gražu nėra išnykusi, ji tiesiog nesuderinama su skaitmeniniu pasauliu. 

Mes nebesusikoncentruojame ties analoginių bangų formų perkėlimu iš vienos vietos į kitą. Greičiau norime perkelti duomenis: belaidį tinklą, skaitmeninius garso signalus, jutiklių matavimus ir pan. Norėdami perduoti skaitmeninius duomenis, naudojame skaitmeninę moduliaciją.

Vis dėlto turime būti atsargūs su šia terminija. „Analoginis“ ir „skaitmeninis“ šiame kontekste nurodo perduodamos informacijos tipą, o ne pagrindines faktinių perduodamų bangos formų savybes. 

Tiek analoginė, tiek skaitmeninė moduliacija naudoja sklandžiai kintančius signalus; skirtumas yra tas, kad analogiškai moduliuotas signalas yra demoduliuotas į analoginę bazinės juostos bangos formą, tuo tarpu skaitmeniškai moduliuotą signalą sudaro atskiri moduliavimo vienetai, vadinami simboliais, kurie yra suprantami kaip skaitmeniniai duomenys.

Yra trijų moduliacijų tipų analoginės ir skaitmeninės versijos. Pradėkime nuo amplitudės ir dažnio.

Skaitmeninė amplitudės moduliacija
Šis moduliacijos tipas yra vadinamas amplitudės poslinkio įvedimu (ASK). Pats paprasčiausias atvejis yra „įjungimo-išjungimo klavišai“ (OOK) ir beveik tiesiogiai atitinka matematinį ryšį, aptartą puslapyje, skirtame [[analoginės amplitudės moduliacijai]]: Jei pagrindinį dažnių juostos bangos pavidalą naudojame skaitmeniniu signalu, dauginame bazinė juosta ir nešiklis sukuria modifikuotą bangos formą, kuri yra normali esant aukštai logikai, o „išjungta“ - žemai logikai. Didelė loginė amplitudė atitinka moduliacijos indeksą.

Laiko sritis
Toliau pateiktoje schemoje parodytas OOK, sugeneruotas naudojant 10 MHz nešiklį ir 1 MHz skaitmeninio laikrodžio signalą. Mes dirbame čia matematinėje srityje, taigi logikos aukštoji amplitudė (ir nešiklio amplitudė) yra tiesiog be matmens „1“; realioje grandinėje gali būti 1 V nešančiosios bangos forma ir 3.3 V loginis signalas.

Galbūt pastebėjote vieną neatitikimą tarp šio pavyzdžio ir matematinio ryšio, aprašyto [[Amplitudės moduliacija]] puslapyje: mes nepajudinome bazinės juostos signalo. Jei kalbama apie tipinę su DC susietą skaitmeninę bangos formą, pasislenkti į viršų nereikia, nes signalas išlieka teigiamoje y ašies dalyje.

Dažnio sritis
Čia yra atitinkamas spektras:




Palyginkite tai su amplitudės moduliacijos su 1 MHz sinuso banga spektru:




Didžioji spektro dalis yra ta pati - smaigalys nešančiojo dažnio (fC) ir smaigalys, kai fC plius bazinės juostos dažnis ir fC atėmus bazinės juostos dažnį. 

Tačiau ASK spektre yra ir mažesnių smaigalių, kurie atitinka 3 ir 5 harmonikas: Pagrindinis dažnis (fF) yra 1 MHz, tai reiškia, kad 3 harmonika (f3) yra 3 MHz, o 5-oji harmonika (f5) yra 5 MHz. . Taigi, mes turime smailius ties fC plius / minus fF, f3 ir f5. Ir iš tikrųjų, jei išplėstumėte sklypą, pamatytumėte, kad smaigai tęsiasi pagal šį modelį.

Tai turi puikią prasmę. Furjė kvadrato bangos transformacija susideda iš sinuso bangos pagrindiniame dažnyje kartu su mažėjančiomis amplitudės sinuso bangomis esant nelyginėms harmonikoms, ir šį harmoninį turinį mes matome aukščiau parodytame spektre.

Ši diskusija veda prie svarbaus praktinio taško: staigūs perėjimai, susiję su skaitmeninės moduliacijos schemomis, sukuria (nepageidaujamą) aukštesnio dažnio turinį. Turime to nepamiršti, kai atsižvelgiame į faktinį moduliuoto signalo pralaidumą ir į dažnius, galinčius trukdyti kitiems įrenginiams.

Skaitmeninis dažnio moduliavimas
Šis moduliacijos tipas vadinamas dažnio poslinkio įvedimu (FSK). Mūsų tikslams nebūtina atsižvelgti į FSK matematinę išraišką; veikiau galime tiesiog nurodyti, kad turėsime dažnį f1, kai bazinės juostos duomenys yra loginiai 0, ir dažnį f2, kai bazinės juostos duomenys yra 1 logika.

Laiko sritis
Vienas paruoštos FSK bangos formos generavimo būdas yra pirmiausia sukurti analoginį bazinės juostos signalą, kuris pagal skaitmeninius duomenis persijungia tarp f1 ir f2. Čia pateiktas FSK bazinės dažnių juostos formos pavyzdys, kai f1 = 1 kHz ir f2 = 3 kHz. Norėdami užtikrinti, kad simbolis būtų vienodos trukmės logikai 0 ir 1 logikai, naudojame vieną 1 kHz ciklą ir tris 3 kHz ciklus.

Tada bazinės juostos bangos forma (naudojant maišytuvą) paslenkama iki nešlio dažnio ir perduodama. Šis požiūris yra ypač naudingas programinės įrangos apibrėžtose radijo sistemose: analoginė bazinės juostos bangos forma yra žemo dažnio signalas, todėl matematiškai ją gali generuoti DAC ir įvesti į analoginę sritį. DAC naudoti kuriant aukšto dažnio signalą būtų daug sunkiau.

Konceptualesnis būdas įgyvendinti FSK yra tiesiog turėti du nešlio signalus su skirtingais dažniais (f1 ir f2); viena ar kita nukreipiama į išvestį, atsižvelgiant į dvejetainių duomenų loginį lygį. 

Tai lemia galutinę perduodamą bangos formą, kuri staiga persijungia tarp dviejų dažnių, panašiai kaip aukščiau esanti bazinės juostos FSK bangos forma, išskyrus tai, kad skirtumas tarp dviejų dažnių yra daug mažesnis, palyginti su vidutiniu dažniu. Kitaip tariant, jei žiūrėtumėte į laiko srities diagramą, būtų sunku vizualiai atskirti f1 sekcijas nuo f2 sekcijų, nes skirtumas tarp f1 ir f2 yra tik maža dalis f1 (arba f2).

Dažnio sritis
Pažvelkime į FSK poveikį dažnio srityje. Mes naudosime tą patį 10 MHz nešlio dažnį (arba šiuo atveju vidutinį nešiklio dažnį), o kaip nuokrypį naudosime ± 1 MHz. (Tai nerealu, bet patogu naudoti dabartiniais tikslais.) Taigi perduodamas signalas bus 9 MHz, kai logika bus 0, ir 11 MHz, jei bus logika 1. Čia yra spektras:

Atminkite, kad „nešiklio dažnyje“ nėra energijos. Tai nestebina, atsižvelgiant į tai, kad moduliuotas signalas niekada nėra 10 MHz dažniu. Visada yra esant 10 MHz atėmus 1 MHz arba 10 MHz plius 1 MHz, ir būtent čia mes matome du dominuojančius smaigalius: 9 MHz ir 11 MHz.

Bet kaip su kitais šio spektro dažniais? Na, FSK spektrinė analizė nėra ypač paprasta. Mes žinome, kad atsiras papildoma Furjė energija, susijusi su staigiais perėjimais tarp dažnių. 

Pasirodo, kad FSK kiekvienam dažniui sukuria sinc funkcijos tipo spektrą, ty vienas yra sutelktas į f1, o kitas - į f2. Tai atspindi papildomus dažnio šuolius, matomus abiejose dominuojančių šuolių abiejose pusėse.

Santrauka
* Skaitmeninė amplitudės moduliacija apima nešančiosios bangos amplitudės keitimą atskirose sekcijose pagal dvejetainius duomenis.

* Pats aiškiausias požiūris į skaitmeninės amplitudės moduliavimą yra įjungimas ir išjungimas.

* Taikant skaitmeninį dažnio moduliavimą, nešiklio ar bazinės juostos signalo dažnis keičiamas atskiromis sekcijomis pagal dvejetainius duomenis.

* Jei palygintume skaitmeninę moduliaciją su analogine moduliacija, pamatytume, kad dėl staigios perėjimo, kurią sukuria skaitmeninė moduliacija, gaunama papildoma energija dažniais, esančiais toliau nuo nešiklio.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas