Лічбавая мадуляцыя: амплітуда і частата

Радыёчастотная мадуляцыя

Хоць на аснове тых жа канцэпцый, сігналы лічбавай мадуляцыі выглядаюць зусім інакш, чым у аналагавых аналагах.

Хоць далёкая ад вымерлага, аналагавая мадуляцыя проста несумяшчальная з лічбавым светам. 

Мы больш не засяроджваемся на перамяшчэнні аналагавых формаў хваль з аднаго месца ў іншае. Хутчэй, мы хочам перанесці дадзеныя: бесправадныя сеткі, алічбаваныя гукавыя сігналы, вымярэння датчыкаў і гэтак далей. Для перадачы лічбавых дадзеных мы выкарыстоўваем лічбавую мадуляцыю.

Мы павінны быць асцярожныя з гэтай тэрміналогіяй. "Аналаг" і "лічбавы" у гэтым кантэксце спасылаюцца на тып інфармацыі, якая перадаецца, а не на асноўныя характарыстыкі фактычна перадаваных хваль. 

Як аналагавая, так і лічбавая мадуляцыя выкарыстоўваюць плаўна змяняюцца сігналы; Розніца заключаецца ў тым, што аналагава-мадуляваны сігнал демодулируется ў аналагавую форму асноўнай дыяпазону, у той час як лічбава-мадуляваны сігнал складаецца з дыскрэтных модуляцыйных модуляў, званых сімваламі, якія інтэрпрэтуюцца як лічбавыя дадзеныя.

Існуюць аналагавыя і лічбавыя версіі трох тыпаў мадуляцыі. Пачнем з амплітуды і частаты.

Лічбавая амплітудная мадуляцыя
Гэты тып мадуляцыі называюць амплітудным пераключэннем клавіш (ASK). Самы асноўны выпадак - "клавіша адключэння" (OOK), і яна амаль непасрэдна адпавядае матэматычным адносінам, абмяркоўваемым на старонцы, прысвечанай [[аналагавай амплітуднай мадуляцыі]]: Калі мы выкарыстоўваем лічбавы сігнал у якасці асноўнай хвалі, якая памнажаецца. базавая паласа і носьбіт прыводзяць да мадуляванай формы хвалі, нармальнай для логікі высокай, а для логікі - нізкай. Лагічна высокая амплітуда адпавядае індэксу мадуляцыі.

Дамен часу
На наступным сюжэце паказана ОКР, згенераваная пры дапамозе носьбіта 10 МГц і сігналу лічбавага такта 1 МГц. Тут мы працуем у матэматычнай сферы, таму амплітуда з высокай логікай (і амплітуда носьбіта) проста бязмерная "1"; у рэальнай схеме ў вас можа быць 1-вольная сігнальная форма носьбіта і 3.3 V лагічны сігнал.

Магчыма, вы заўважылі адно неадпаведнасць паміж гэтым прыкладам і матэматычнай сувяззю, разгледжанай на старонцы [[Амплітудная мадуляцыя]]: мы не змянілі сігнал асноўнай паласы. Калі вы маеце справу з тыповай лічбавай формай сігналу, звязанай з пастаянным пастаянным токам, пераключэнне ўверх не патрабуецца, паколькі сігнал застаецца ў станоўчай частцы восі y.

Дамен частоты
Вось адпаведны спектр:




Параўнайце гэты спектр для амплітуднай мадуляцыі з сінусоіднай хваляй 1 МГц:




Большая частка спектру аднолькавая - шып на носьбітнай частаце (fC) і шып пры fC плюс частата асноўнай паласы і fC мінус частата асноўнай паласы. 

Аднак спектр ASK таксама мае меншыя шыпы, якія адпавядаюць 3-й і 5-й гармонікам: асноўная частата (fF) складае 1 МГц, а значыць, 3-я гармоніка (f3) складае 3 МГц, а 5-я гармоніка (f5) - 5 МГц. . Такім чынам, у нас ёсць шыпы пры fC плюс / мінус fF, f3 і f5. І на самай справе, калі б вы пашырылі сюжэт, вы ўбачылі, што шыпы працягваюцца па гэтай схеме.

Гэта мае дасканалы сэнс. Трансфармацыя квадратнай хвалі Фур'е складаецца з сінусоіднай хвалі на асноўнай частаце, а таксама з сінусоіднымі хвалямі памяншаецца пры няцотных гармоніках, і гэта гарманічнае ўтрыманне - тое, што мы бачым у паказаным вышэй спектры.

Гэта абмеркаванне прывядзе да важнага практычнага моманту: рэзкія пераходы, звязаныя са схемамі лічбавай мадуляцыі, ствараюць (непажаданы) звышчастотны кантэнт. Мы павінны мець гэта на ўвазе, калі ўлічыць фактычную прапускную здольнасць модуляванага сігналу і наяўнасць частот, якія могуць перашкаджаць іншым прыладам.

Лічбавая лічбавая мадуляцыя
Гэты тып мадуляцыі называецца маніпуляваннем частатой зруху (FSK). Для нашых мэтаў не варта ўлічваць матэматычны выраз FSK; хутчэй, мы можам проста ўказаць, што ў нас будзе частата f1, калі базавая дыяпазон дадзеных складае логіку 0, і частата f2, калі базавая дыяпазон - гэта логіка 1.

Дамен часу
Адзін з метадаў фарміравання формы FSK для гатоўнасці да перадачы - спачатку стварыць аналагавы сігнал асноўнай паласы, які пераключаецца паміж f1 і f2 у залежнасці ад лічбавых дадзеных. Вось прыклад формы дыяпазону хваль FSK з f1 = 1 кГц і f2 = 3 кГц. Каб пераканацца, што сімвал аднолькавай працягласці для логікі 0 і логікі 1, мы выкарыстоўваем адзін цыкл 1 кГц і тры цыклы 3 кГц.

Форма хвалі асноўнай паласы перамяшчаецца (пры дапамозе міксера) да частаты носьбіта і перадаецца. Гэты падыход асабліва зручны ў праграмна-радыёсістэмах з пэўнай праграмнай сувяззю: аналагавая асноўная дыяпазон хваль з'яўляецца нізкачашчынным сігналам, і, такім чынам, ён можа быць згенераваны матэматычна, а затым уведзены ў аналагавую сферу праз ЦАП. Выкарыстанне ЦАП для стварэння высокачашчыннага перадаецца сігналу было б значна складаней.

Больш канцэптуальна простым спосабам рэалізацыі FSK з'яўляецца простае наяўнасць двух сігналаў носьбіта з рознай частатой (f1 і f2); адно ці другое накіроўваюцца на выснову ў залежнасці ад узроўню логікі бінарных дадзеных. 

Гэта прыводзіць да канчатковай перададзенай хвалі, якая рэзка пераключаецца паміж дзвюма частотамі, гэтак жа, як і ў асноўнай дыяпазоне хваляў FSK вышэй, за выключэннем таго, што розніца паміж дзвюма частотамі значна менш у параўнанні з сярэдняй частатой. Іншымі словамі, калі вы глядзелі сюжэт часовай вобласці, было б цяжка візуальна адрозніць аддзелы f1 ад раздзелаў f2, таму што розніца паміж f1 і f2 - толькі невялікі доля f1 (або f2).

Дамен частоты
Давайце разгледзім эфекты FSK ў частотнай вобласці. Мы будзем выкарыстоўваць тую ж самую 10 МГц апорную частату (або сярэднюю несучую частату ў гэтым выпадку), і мы будзем выкарыстоўваць ± 1 МГц у якасці адхілення. (Гэта нерэальна, але зручна для нашых сучасных мэтаў.) Такім чынам, перададзены сігнал будзе складаць 9 МГц для логікі 0 і 11 МГц для логікі 1. Вось спектр:

Звярніце ўвагу, што няма энергіі на "носьбітнай частаце". Гэта не дзіўна, калі ўлічыць, што мадуляваны сігнал ніколі не бывае на 10 МГц. Гэта заўсёды альбо 10 МГц мінус 1 МГц, альбо 10 МГц плюс 1 МГц, і менавіта там мы бачым два дамінуючыя шыпы: 9 МГц і 11 МГц.

А як жа іншыя частоты, прысутныя ў гэтым спектры? Ну, спектральны аналіз ФСК не асабліва просты. Мы ведаем, што з'явіцца дадатковая энергія Фур'е, звязаная з рэзкімі пераходамі паміж частотамі. 

Атрымліваецца, што FSK прыводзіць да спектру сін-функцыі для кожнай частоты, то ёсць адна ў цэнтры f1, а другая ў f2. Яны тлумачаць дадатковыя скокі частоты, заўважаныя па абодва бакі ад двух дамінуючых шыпоў.

Рэзюмэ
* Лічбавая амплітудная мадуляцыя ўключае ў сябе змяненне амплітуды апорнай хвалі ў дыскрэтных раздзелах у адпаведнасці з бінарнымі дадзенымі.

* Самым простым падыходам да лічбавай амплітуднай мадуляцыі з'яўляецца клавіша адключэння.

* Пры лічбавай мадуляцыі частоты частата носьбіта або сігналу асноўнай паласы змяняецца ў асобных раздзелах у адпаведнасці з бінарнымі дадзенымі.

* Калі параўноўваць лічбавую мадуляцыю з аналагавай модуляцыяй, мы бачым, што рэзкія пераходы, створаныя лічбавай мадуляцыяй, прыводзяць да дадатковай энергіі на частатах, якія знаходзяцца далей ад носьбіта.

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў