Թվային մոդուլյացիա. Լայնություն և հաճախություն

Ռադիոհաճախականության մոդուլյացիա

Չնայած նույն հասկացությունների հիման վրա ՝ թվային մոդուլյացիայի ալիքի ձևերը բոլորովին տարբերվում են իրենց անալոգային գործընկերներից:

Չնայած ոչնչացված լինելուց, անալոգային մոդուլյացիան պարզապես անհամատեղելի է թվային աշխարհի հետ: 

Մենք այլևս չենք կենտրոնացնում մեր ջանքերը ՝ անալոգային ալիքային ձևերը մի տեղից մյուսը տեղափոխելու վրա: Փոխարենը, մենք ուզում ենք տեղափոխել տվյալները ՝ անլար ցանց, թվայնացված աուդիո ազդանշաններ, սենսորային չափումներ և այլն: Թվային տվյալները փոխանցելու համար մենք օգտագործում ենք թվային մոդուլյացիա:

Չնայած մենք պետք է զգույշ լինենք այս տերմինաբանությամբ: «Անալոգ» և «թվային» այս համատեքստում վերաբերում են փոխանցվող տեղեկատվության տեսակին, այլ ոչ թե իրական փոխանցվող ալիքների ձևավորման հիմնական բնութագրերին: 

Թե անալոգային, թե թվային մոդուլյացիաները սահուն փոփոխվող ազդանշաններ են օգտագործում. տարբերությունն այն է, որ անալոգային մոդուլացված ազդանշանը վերազինվում է անալոգային բազային ալիքի ձևի մեջ, մինչդեռ թվայնորեն մոդուլացված ազդանշանը բաղկացած է դիսկրետ մոդուլյացիայի միավորներից, որոնք կոչվում են խորհրդանիշներ, որոնք մեկնաբանվում են որպես թվային տվյալներ:

Կան մոդուլյացիայի երեք տեսակների անալոգային և թվային տարբերակներ: Սկսենք ամպլիտուդից և հաճախականությունից:

Թվային լայնության մոդուլյացիա
Մոդուլյացիայի այս տեսակը կոչվում է որպես ամպլիտուդային հերթափոխի ստեղներ (ASK): Հիմնական հիմնական դեպքը «on-off keying» - ն է (OOK), և այն գրեթե անմիջականորեն համապատասխանում է էջում քննարկված մաթեմատիկական հարաբերությանը [[[անալոգային ամպլիտուդ մոդուլյացիա]]]. բազան և փոխադրողը հանգեցնում է մոդուլային ալիքի ձևի, որը նորմալ է տրամաբանության համար բարձր, իսկ «անջատ» տրամաբանությունից ցածր: Տրամաբանության բարձր ամպլիտուդությունը համապատասխանում է մոդուլյացիայի ինդեքսին:

Ժամանակի տիրույթ
Հետևյալ սյուժեն ցույց է տալիս 10 ՄՀց կրիչի և 1 ՄՀց թվային ժամացույցի ազդանշանի միջոցով արտադրված OOK: Մենք այստեղ գործում ենք մաթեմատիկական ոլորտում, ուստի տրամաբանության բարձր ամպլիտուդը (և կրիչի ամպլիտուդդը) պարզապես անիմաստ «1» է. իսկական միացումում դուք կարող եք ունենալ 1 Վ կրիչի ալիքի ձև և 3.3 Վ տրամաբանական ազդանշան:

Գուցե նկատել եք մեկ անհամապատասխանություն այս օրինակի և [[Amplitude Modulation]] էջում քննարկված մաթեմատիկական հարաբերությունների միջև. Մենք չենք փոխել բազային ազդանշանը: Եթե ​​գործ ունեք DC- ի զուգակցված թվային ալիքի ձևի հետ, ապա անհրաժեշտ չէ վերափոխել, քանի որ ազդանշանը մնում է y առանցքի դրական մասում:

Հաճախականությունների տիրույթ
Ահա համապատասխան սպեկտրը.




Համեմատեք սա սպեկտրի համար `լայնության մոդուլյացիայի համար 1 ՄՀց սինուսային ալիքի հետ.




Սպեկտրի մեծ մասը նույնն է ՝ խարույկ կրիչի հաճախականության դեպքում (fC) և բծ fC- ին գումարած բազային լայնության հաճախականությունը և fC մինուսը ՝ բազային հաճախության հաճախականության համար: 

Այնուամենայնիվ, ASK սպեկտրը ունի նաև ավելի փոքր բծեր, որոնք համապատասխանում են 3-րդ և 5-րդ ներդաշնակություններին. Հիմքային հաճախականությունը (fF) 1 ՄՀց է, ինչը նշանակում է, որ 3-րդ ներդաշնակությունը (f3) 3 ՄՀց է, իսկ 5-րդ ներդաշնակությունը (f5) 5 ՄՀց: . Այսպիսով, մենք ունենք spikes at fC plus / minus fF, f3 և f5: Եվ իրականում, եթե դուք ընդարձակեք հողամասը, կտեսնեիք, որ բծերը շարունակում են այս օրինաչափության համաձայն:

Սա կատարյալ իմաստ է տալիս: Ֆուրիեի քառակուսի ալիքի վերափոխումը բաղկացած է սինուսային ալիքից ՝ հիմնական հաճախականությամբ, ինչպես նաև տարօրինակ ներդաշնակության մեղմ ալիքների ալիքների անկմամբ, և այս ներդաշնակ բովանդակությունը այն է, ինչ մենք տեսնում ենք վերը ցույց տրված սպեկտրում:

Այս քննարկումը մեզ հանգեցնում է մի կարևոր գործնական կետի. Թվային մոդուլյացիայի սխեմաների հետ կապված կտրուկ անցումներն առաջացնում են (անցանկալի) ավելի հաճախականության պարունակություն: Մենք դա պետք է հիշենք, երբ հաշվի առնենք մոդուլացված ազդանշանի իրական թողունակությունը և հաճախականությունների առկայությունը, որոնք կարող են խանգարել այլ սարքերի:

Թվային հաճախության մոդուլյացիա
Մոդուլյացիայի այս տեսակը կոչվում է հաճախականության հերթափոխի ստեղներ (FSK): Մեր նպատակների համար անհրաժեշտ չէ հաշվի առնել FSK- ի մաթեմատիկական արտահայտությունը. ավելի շուտ, մենք պարզապես կարող ենք նշել, որ մենք կունենանք հաճախականություն f1, երբ baseband- ի տվյալները տրամաբանություն են 0 և հաճախականությունը f2, երբ baseband- ի տվյալները տրամաբանություն 1 են:

Ժամանակի տիրույթ
Պատրաստի փոխանցման FSK ալիքի ձևավորման մեկ եղանակ `առաջին հերթին ստեղծել անալոգային բազային ազդանշան, որը փոխվում է f1- ի և f2- ի միջև թվային տվյալների համաձայն: Ահա FSK բազային ալիքի ձևի օրինակ ՝ f1 = 1 kHz և f2 = 3 kHz: Ապահովելու համար, որ սիմվոլը նույն տրամաբանությունն է 0 և տրամաբանության 1 համար, մենք օգտագործում ենք մեկ 1 կՀց ցիկլ և երեք 3 կՀց հաճախականություն:

Հիմքագծի ալիքի ձևը այնուհետև տեղափոխվում է (օգտագործելով խառնիչ) մինչև կրիչի հաճախականությունը և փոխանցվում: Այս մոտեցումը հատկապես հարմար է համակարգչային ծրագրերով սահմանված ռադիոհամակարգերում. Անալոգային բազային ալիքի ձևը ցածր հաճախականության ազդանշան է, և այդպիսով այն կարող է ձևավորվել մաթեմատիկորեն, այնուհետև DAC- ի միջոցով մուտքագրվել անալոգային տիրույթ: Բարձր հաճախականությամբ փոխանցվող ազդանշան ստեղծելու համար DAC օգտագործելը շատ ավելի դժվար կլիներ:

FSK- ի ներդրման ավելի հասկանալիորեն պարզ եղանակն այն է, որ ունենան պարզապես տարբեր հաճախականություններով երկու կրիչի ազդանշաններ (f1 և f2); մեկը կամ մյուսը ուղղվում է դեպի ելք ՝ կախված երկուական տվյալների տրամաբանական մակարդակից: 

Սա հանգեցնում է վերջնական փոխանցված ալիքի ձևի, որը կտրուկ անցնում է երկու հաճախականությունների միջև, նման է վերևի բազային FSK ալիքի ձևի, բացառությամբ, որ երկու հաճախությունների միջև եղած տարբերությունը շատ ավելի փոքր է միջին հաճախության հետ համեմատ: Այլ կերպ ասած, եթե դուք նայում եք ժամանակի տիրույթի սյուժեին, դժվար կլինի տեսողականորեն տարբերակել f1 հատվածները f2 բաժիններից, քանի որ f1- ի և f2- ի միջև եղած տարբերությունը միայն f1- ի (կամ f2) փոքր մասն է:

Հաճախականությունների տիրույթ
Եկեք դիտարկենք FSK- ի հետևանքները հաճախականության տիրույթում: Մենք կօգտագործենք մեր նույն 10 ՄՀց կրիչի հաճախականությունը (կամ այս դեպքում կրիչի միջին հաճախությունը), և մենք կօգտագործենք 1 ՄՀց `որպես շեղում: (Սա անիրատեսական է, բայց հարմար է մեր ընթացիկ նպատակների համար): Այսպիսով, փոխանցվող ազդանշանը կլինի տրամաբանության համար 9 ՄՀց, իսկ տրամաբանության համար `0 ՄՀց: 11. Ահա սպեկտրը.

Նկատի ունեցեք, որ «կրիչի հաճախության» մեջ էներգիա չկա: Սա զարմանալի չէ ՝ հաշվի առնելով, որ մոդուլացված ազդանշանը երբեք 10 ՄՀց հաճախության չի ենթարկվում: Դա միշտ էլ կա `10 ՄՀց մինուս 1 ՄՀց կամ 10 ՄՀց և 1 ՄՀց հաճախականությամբ, և սա հենց այնտեղ է, որտեղ մենք տեսնում ենք երկու գերակշռող բծերը` 9 ՄՀց և 11 ՄՀց:

Իսկ ինչ վերաբերում է այս սպեկտրում առկա մյուս հաճախություններին: Դե, FSK սպեկտրալ վերլուծությունը առանձնապես պարզ չէ: Մենք գիտենք, որ կլինի Ֆուրիեի լրացուցիչ էներգիա `կապված հաճախությունների միջև կտրուկ անցումներին: 

Պարզվում է, որ FSK- ն հանգեցնում է յուրաքանչյուր հաճախության համար մեղմ ֆունկցիայի տեսակի սպեկտրի, այսինքն ՝ մեկը կենտրոնացած է f1- ի վրա, իսկ մյուսը կենտրոնացած է f2- ի վրա: Դրանք հաշվի են առնում երկու գերակշռող բծերի երկու կողմերում երևացող լրացուցիչ հաճախականության բծերը:

Ամփոփում
* Թվային ամպլիտուդի մոդուլյացիան ենթադրում է տարբերակիչ հատվածներում փոխադրող ալիքի ամպլիտուդայի փոփոխություն ՝ ըստ երկուական տվյալների:

* Թվային ամպլիտուդի մոդուլյացիայի առավել պարզ մոտեցումը միանգամայն բանալին է:

* Թվային հաճախականության մոդուլյացիայով, փոխադրողի կամ բազային ազդանշանի հաճախականությունը տարաբնույթ հատվածներում փոփոխվում է ըստ երկուական տվյալների:

* Եթե համեմատում ենք թվային մոդուլյացիան անալոգային մոդուլյացիայի հետ, ապա մենք տեսնում ենք, որ թվային մոդուլյացիայով ստեղծված կտրուկ անցումները հանգեցնում են հավելյալ էներգիայի `փոխադրիչից այն կողմ հաճախող հաճախականություններում:

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ