Grunnleggende om moduleringsteknikker

"Digital-til-analog-konvertering er prosessen med å endre en av egenskapene til et analogt signal basert på informasjonen i digitale data. En sinusbølge er definert av tre egenskaper: amplitude, frekvens og fase. Når vi endrer noen av disse egenskapene, lager vi en annen versjon av den bølgen. Så ved å endre en egenskap ved et enkelt elektrisk signal, kan vi bruke det til å representere digitale data. ----- FMUSER"


Det er tre mekanismer for å modulere digitale data til et analogt signal: amplitude shift-tasting (ASK), frekvensskift-tasting (FSK), og faseskift-tasting (PSK). I tillegg er det en fjerde (og bedre) mekanisme som kombinerer å endre både amplitude og fase, kalt kvadratur amplitude modulasjon (QAM).

Båndbredde
Den nødvendige båndbredden for analog overføring av digitale data er proporsjonal med signalhastigheten bortsett fra FSK, der forskjellen mellom bæresignalene må legges til.

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

Bæresignal
Ved analog overføring produserer senderenheten et høyfrekvenssignal som fungerer som en base for informasjonssignalet. Dette basesignalet kalles bæresignal eller bærerfrekvens. Mottaksanordningen er innstilt på frekvensen til bæresignalet som den forventer fra avsenderen. Digital informasjon endrer deretter bæresignalet ved å modifisere en eller flere av dens egenskaper (amplitude, frekvens eller fase). Denne typen modifikasjoner kalles modulasjon (skift-tasting).

1. Amplitude Shift-tasting:
Ved amplitudeskifttasting varieres amplituden til bæresignalet for å lage signalelementer. Både frekvens og fase forblir konstant mens amplituden endres.

Binær ASK (BASK)
ASK implementeres normalt bare ved å bruke to nivåer. Dette blir referert til som binær amplitude shift tasting eller on-off keying (OOK). Toppamplitude på ett signalnivå er 0; den andre er den samme som amplituden til bærefrekvensen. Følgende figur gir et konseptuelt syn på binære ASKS.

 

Se også: >> Hva er forskjellen mellom AM og FM? 

Gjennomføring:
Hvis digitale data blir presentert som et unipolart NRZ digitalt signal med en høy spenning på 1V og en lav spenning på 0V, kan implementeringen oppnås ved å multiplisere NRZ digitale signal med bæresignalet som kommer fra en oscillator som er representert i den følgende figuren. Når amplituden til NRZ-signalet er 1, holdes amplituden til bærefrekvensen; når amplituden til NRZ-signalet er 0, er amplituden til bærefrekvensen null.




Båndbredde for ASK:
Bæresignalet er bare en enkel sinusbølge, men prosessen med modulering gir et ikke-periodisk sammensatt signal. Dette signalet har et kontinuerlig sett med frekvenser. Som vi forventer er båndbredden proporsjonal med signalfrekvensen (baud rate).

Imidlertid er det normalt en annen faktor involvert, kalt d, som avhenger av modulasjons- og filtreringsprosessen. Verdien av d er mellom 0 og 

●Dette betyr at båndbredden kan uttrykkes som vist, der S er signalhastigheten og B er båndbredden.

Formelen viser at den nødvendige båndbredden har en minimumsverdi på S og en maksimalverdi på 2S. Det viktigste punktet her er plasseringen av båndbredden. Midt i båndbredden er der hvor bærefrekvensen er plassert. Dette betyr at hvis vi har en bandpasskanal tilgjengelig, kan vi velge vår fc slik at det modulerte signalet opptar den båndbredden. Dette er faktisk den viktigste fordelen med digital-til-analog-konvertering.

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

2. Frekvensskift-tasting

Ved frekvensskift-tasting varieres frekvensen til bæresignalet for å representere data. Frekvensen til det modulerte signalet er konstant i varigheten av det ene signalelementet, men endres for det neste signalelementet hvis dataelementet endres. Både toppamplitude og fase forblir konstant for alle signalelementer.

Binær FSK (BFSK)
En måte å tenke på binær FSK (eller BFSK) er å vurdere to bærefrekvenser. I den følgende figuren har vi valgt to bærerfrekvenser f1 og f2. Vi bruker den første transportøren hvis dataelementet er 0; vi bruker det andre hvis dataelementet er 1.




Figuren over viser, midten av den ene båndbredden er f1 og midten av den andre er f2. Både f1 og f2 er apartf bortsett fra midtpunktet mellom de to båndene. Forskjellen mellom de to frekvensene er 2∆f.

Se også: >> QAM Modulator & Demodulator  

Gjennomføring:
Det er to implementeringer av BFSK: ikke-sammenhengende og sammenhengende. I ikke-koherent BFSK kan det være diskontinuitet i fasen når det ene signalelementet slutter og det neste begynner. I sammenhengende BFSK fortsetter fasen gjennom grensen til to signalelementer. Ikke-koherent BFSK kan implementeres ved å behandle BFSK som to ASK-modulasjoner og bruke to bærerfrekvenser. Koherent BFSK kan implementeres ved å bruke en spenningsstyrt oscillator (VCO) som endrer frekvensen i henhold til inngangsspenningen.

Følgende figur viser den forenklede ideen bak den andre implementeringen. Inngangen til oscillatoren er det unipolare NRZ-signalet. Når amplituden til NRZ er null, holder oscillatoren sin faste frekvens; når amplituden er positiv, økes frekvensen.

Båndbredde for BFSK:

Figuren over viser båndbredden til FSK. Igjen er bæresignalene bare enkle sinusbølger, men modulasjonen skaper et ikke-periodisk sammensatt signal med kontinuerlige frekvenser. Vi kan tenke på FSK som to ASK-signaler, hver med sin egen bærefrekvens f1 og f2. Hvis forskjellen mellom de to frekvensene er 2∆f, er den nødvendige båndbredden

3. Fase Shift-tasting:
Ved faseskifttasting varieres bæreren til å representere to eller flere forskjellige signalelementer. Både toppamplitude og frekvens forblir konstant når fasen endres.

Binær PSK (BPSK):
Den enkleste PSK er binær PSK, der vi bare har to signalelementer, det ene med en fase på 0 °, og det andre med en fase på 180 °. Følgende figur gir et konseptuelt syn på PSK. Binær PSK er så enkel som binær ASK med en stor fordel - den er mindre utsatt for støy. I ASK er kriteriet for bitdeteksjon amplituden til signalet. Men i PSK er det fasen. Støy kan endre amplituden lettere enn det kan endre fasen. PSK er med andre ord mindre utsatt for støy enn ASK. PSK er overlegen FSK fordi vi ikke trenger to bæresignaler.

Bandbredde:
Båndbredden er den samme som for binær ASK, men mindre enn for BFSK. Ingen båndbredde er bortkastet for å skille to bæresignaler.

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

Gjennomføring:
Implementeringen av BPSK er så enkel som for ASK. Årsaken er at signalelementet med fase 180 ° kan sees på som komplementet til signalelementet med fase 0 °. Dette gir oss en pekepinn på hvordan vi implementerer BPSK. Vi bruker et polart NRZ-signal i stedet for et unipolart NRZ-signal, som vist i figuren nedenfor. Det polare NRZ-signalet multipliseres med bærefrekvensen. 1 bit (positiv spenning) er representert ved en fase som starter ved 0 ° 0 bit (negativ spenning) er representert av en fase som starter ved 180 °.

 

4. Kvadratur amplitude modulation (QAM)
PSK er begrenset av utstyrets evne til å skille små faseforskjeller. Denne faktoren begrenser den potensielle bithastigheten. Så langt har vi bare endret en av de tre egenskapene til sinusbølgen om gangen; men hva om vi endrer to? Hvorfor ikke kombinere ASK og PSK? Ideen om å bruke to bærere, den ene i fase og den andre kvadratur, med forskjellige amplitudenivåer for hver bærer, er konseptet bak kvadraturamplitude modulation (QAM).

De mulige variasjonene av QAM er mange. Følgende figur viser noen av disse ordningene. I den følgende figur Del a viser det enkleste 4-QAM-skjemaet (fire forskjellige signalelementtyper) ved bruk av et unipolart NRZ-signal for å modulere hver bærer. Dette er den samme mekanismen som vi brukte for ASK (OOK). Del b viser en annen 4-QAM ved bruk av polær NRZ, men dette er nøyaktig det samme som QPSK. Del c viser en annen QAM-4 der vi brukte et signal med to positive nivåer for å modulere hver av de to bærerne. Til slutt viser del - d en 16-QAM konstellasjon av et signal med åtte nivåer, fire positive og fire negative.

Du kan også gjerne: >>Hva er forskjellen mellom "dB", "dBm" og "dBi"? 
                                >>Hvordan laste / legge til M3U / M3U8 IPTV-spillelister manuelt på støttede enheter
                                >>Hva er VSWR: Volting Standing Wave Ratio

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste