Modulasi Digital: Amplitud dan Kekerapan

Modulasi Frekuensi Radio

Walaupun berdasarkan konsep yang sama, bentuk gelombang modulasi digital kelihatan sangat berbeza dengan rakan analog mereka.

Walaupun jauh dari pupus, modulasi analog tidak sesuai dengan dunia digital. 

Kami tidak lagi menumpukan usaha kami untuk memindahkan bentuk gelombang analog dari satu tempat ke tempat lain. Sebaliknya, kami ingin memindahkan data: rangkaian tanpa wayar, isyarat audio digital, pengukuran sensor, dan sebagainya. Untuk memindahkan data digital, kami menggunakan modulasi digital.

Kita harus berhati-hati dengan terminologi ini. "Analog" dan "digital" dalam konteks ini merujuk pada jenis maklumat yang dipindahkan, bukan pada ciri-ciri asas bentuk gelombang yang dihantar. 

Kedua-dua modulasi analog dan digital menggunakan isyarat yang berbeza-beza dengan lancar; perbezaannya ialah sinyal termodulasi analog didemodulasi menjadi bentuk gelombang dasar analog, sedangkan isyarat termodulasi digital terdiri daripada unit modulasi diskrit, yang disebut simbol, yang ditafsirkan sebagai data digital.

Terdapat versi analog dan digital dari tiga jenis modulasi. Mari mulakan dengan amplitud dan kekerapan.

Modulasi Amplitud Digital
Jenis modulasi ini disebut sebagai amplitud shift keying (ASK). Kes yang paling asas adalah "on-off keying" (OOK), dan ia hampir sama dengan hubungan matematik yang dibincangkan di halaman yang didedikasikan untuk [[modulasi amplitud analog]]: Jika kita menggunakan isyarat digital sebagai bentuk gelombang dasar, mengalikan baseband dan pembawa menghasilkan bentuk gelombang termodulasi yang normal untuk logik tinggi dan "mati" untuk logik rendah. Amplitud tinggi logik sesuai dengan indeks modulasi.

Domain Masa
Plot berikut menunjukkan OOK dihasilkan menggunakan pembawa 10 MHz dan isyarat jam digital 1 MHz. Kami beroperasi di bidang matematik di sini, jadi amplitud tinggi logik (dan amplitud pembawa) hanya tanpa dimensi “1”; dalam litar sebenar anda mungkin mempunyai bentuk gelombang pembawa 1 V dan isyarat logik 3.3 V.

Anda mungkin menyedari satu ketidakkonsistenan antara contoh ini dan hubungan matematik yang dibincangkan di halaman [[Amplitude Modulation]]: kami tidak mengalihkan isyarat baseband. Sekiranya anda berhadapan dengan bentuk gelombang digital yang biasa digabungkan dengan DC, peralihan ke atas tidak diperlukan kerana isyarat kekal di bahagian positif paksi-y.

Domain Kekerapan
Inilah spektrum yang sepadan:




Bandingkan dengan spektrum modulasi amplitud dengan gelombang sinus 1 MHz:




Sebilangan besar spektrum adalah sama — lonjakan pada frekuensi pembawa (fC) dan lonjakan pada fC ditambah frekuensi pangkalan bes dan fC tolak frekuensi baseband. 

Walau bagaimanapun, spektrum ASK juga mempunyai lonjakan yang lebih kecil yang sesuai dengan harmonik ke-3 dan ke-5: Frekuensi asas (fF) adalah 1 MHz, yang bermaksud bahawa harmonik ke-3 (f3) adalah 3 MHz dan harmonik ke-5 (f5) adalah 5 MHz . Oleh itu, kita mempunyai lonjakan pada fC plus / minus fF, f3, dan f5. Dan sebenarnya, jika anda mengembangkan plot, anda akan melihat bahawa lonjakan berterusan mengikut corak ini.

Ini masuk akal. Transformasi Fourier gelombang persegi terdiri daripada gelombang sinus pada frekuensi asas bersama dengan gelombang sinus penurunan-amplitud pada harmonik ganjil, dan kandungan harmonik inilah yang kita lihat dalam spektrum yang ditunjukkan di atas.

Perbincangan ini membawa kita ke titik praktikal yang penting: peralihan tiba-tiba yang berkaitan dengan skema modulasi digital menghasilkan (frekuensi tinggi) kandungan yang tidak diingini. Kita harus ingat ini semasa kita mempertimbangkan lebar jalur sebenar isyarat termodulasi dan kehadiran frekuensi yang boleh mengganggu peranti lain.

Modulasi Frekuensi Digital
Jenis modulasi ini disebut frekuensi beralih keying (FSK). Untuk tujuan kami, tidak perlu mempertimbangkan ungkapan matematik FSK; sebaliknya, kita boleh menentukan bahawa kita akan mempunyai frekuensi f1 ketika data baseband adalah logik 0 dan frekuensi f2 ketika data baseband adalah logik 1.

Domain Masa
Salah satu kaedah untuk menghasilkan bentuk gelombang FSK yang siap untuk dihantar adalah terlebih dahulu membuat isyarat baseband analog yang beralih antara f1 dan f2 mengikut data digital. Berikut adalah contoh bentuk gelombang dasar FSK dengan f1 = 1 kHz dan f2 = 3 kHz. Untuk memastikan bahawa simbol adalah tempoh yang sama untuk logik 0 dan logik 1, kami menggunakan satu kitaran 1 kHz dan tiga kitaran 3 kHz.

Bentuk gelombang dasar kemudian dialihkan (menggunakan pengadun) ke frekuensi pembawa dan dihantar. Pendekatan ini sangat berguna dalam sistem radio yang ditentukan perisian: bentuk gelombang dasar analog adalah isyarat frekuensi rendah, dan dengan itu ia dapat dihasilkan secara matematik kemudian diperkenalkan ke alam analog oleh DAC. Menggunakan DAC untuk membuat isyarat yang dihantar frekuensi tinggi akan menjadi lebih sukar.

Cara yang lebih mudah secara konseptual untuk melaksanakan FSK adalah dengan hanya mempunyai dua isyarat pembawa dengan frekuensi yang berbeza (f1 dan f2); satu atau yang lain diarahkan ke output bergantung pada tahap logik data binari. 

Ini menghasilkan bentuk gelombang terakhir yang bertukar secara tiba-tiba antara dua frekuensi, seperti bentuk gelombang FSK baseband di atas kecuali bahawa perbezaan antara kedua frekuensi jauh lebih kecil sehubungan dengan frekuensi rata-rata. Dengan kata lain, jika anda melihat plot domain masa, sukar untuk membezakan bahagian f1 dari bahagian f2 secara visual kerana perbezaan antara f1 dan f2 hanyalah pecahan kecil dari f1 (atau f2).

Domain Kekerapan
Mari lihat kesan FSK dalam domain frekuensi. Kami akan menggunakan frekuensi pembawa 10 MHz yang sama (atau frekuensi pembawa purata dalam kes ini), dan kami akan menggunakan ± 1 MHz sebagai penyimpangan. (Ini tidak realistik, tetapi sesuai untuk tujuan kita sekarang.) Jadi isyarat yang dihantar adalah 9 MHz untuk logik 0 dan 11 MHz untuk logik 1. Berikut adalah spektrum:

Perhatikan bahawa tidak ada tenaga pada "frekuensi pembawa." Ini tidak menghairankan, memandangkan isyarat termodulasi tidak pernah berada pada 10 MHz. Selalu berada pada jarak 10 MHz dikurangi 1 MHz atau 10 MHz ditambah 1 MHz, dan ini adalah tepat di mana kita melihat dua lonjakan yang dominan: 9 MHz dan 11 MHz.

Tetapi bagaimana dengan frekuensi lain yang terdapat dalam spektrum ini? Analisis spektrum FSK tidak begitu mudah. Kami tahu bahawa akan ada tambahan tenaga Fourier yang berkaitan dengan peralihan tiba-tiba antara frekuensi. 

Ternyata FSK menghasilkan spektrum fungsi-fungsi untuk setiap frekuensi, iaitu, satu berpusat pada f1 dan yang lain berpusat pada f2. Ini menjelaskan lonjakan frekuensi tambahan yang dilihat di kedua sisi dua lonjakan dominan.

Ringkasan
* Modulasi amplitud digital melibatkan mengubah amplitud gelombang pembawa dalam bahagian diskrit mengikut data binari.

* Pendekatan paling mudah untuk modulasi amplitud digital adalah ke-off.

* Dengan modulasi frekuensi digital, frekuensi pembawa atau isyarat baseband bervariasi dalam bahagian diskrit mengikut data binari.

* Jika kita membandingkan modulasi digital dengan modulasi analog, kita melihat bahawa peralihan tiba-tiba yang dibuat oleh modulasi digital menghasilkan tenaga tambahan pada frekuensi yang lebih jauh dari pembawa.

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej