مدولاسیون دیجیتال: دامنه و فرکانس

مدولاسیون فرکانس رادیویی

گرچه براساس همان مفاهیم ، شکل موجهای مدولاسیون دیجیتال کاملاً متفاوت از همتایان آنالوگ خود هستند.

گرچه دور از انقراض است ، تعدیل آنالوگ به سادگی با دنیای دیجیتال ناسازگار است. 

ما دیگر تلاشهای خود را بر حرکت دادن شکل های موج آنالوگ از یک مکان به مکان دیگر متمرکز نمی کنیم. در عوض ، ما می خواهیم داده ها را جابجا کنیم: شبکه بی سیم ، سیگنال های صوتی دیجیتالی شده ، اندازه گیری سنسور و موارد دیگر. برای انتقال داده های دیجیتال ، از مدولاسیون دیجیتال استفاده می کنیم.

ما باید با این اصطلاحات مراقب باشیم. "آنالوگ" و "دیجیتال" در این زمینه به نوع اطلاعات منتقل شده و نه به خصوصیات اساسی شکل های واقعی انتقال یافته اشاره دارند. 

هر دو مدولاسیون آنالوگ و دیجیتال از سیگنال های کاملاً متفاوت استفاده می کنند. تفاوت این است که یک سیگنال مدوله شده با آنالوگ به یک شکل موج باند آنالوگ تغییر شکل داده می شود ، در حالی که یک سیگنال مدوله شده دیجیتالی از واحدهای مدولاسیون گسسته به نام نمادها تشکیل شده است که به عنوان داده های دیجیتال تفسیر می شوند.

نسخه های آنالوگ و دیجیتالی از سه نوع مدولاسیون وجود دارد. بیایید با دامنه و فرکانس شروع کنیم.

مدولاسیون دامنه دیجیتال
به این نوع مدولاسیون به عنوان کلیدهای تغییر دامنه (ASK) گفته می شود. اساسی ترین مورد "کلید خاموش" (OOK) است ، و تقریباً به طور مستقیم با روابط ریاضی مورد بحث در صفحه اختصاص داده شده به [[مدولاسیون دامنه آنالوگ]] مطابقت دارد: اگر از یک سیگنال دیجیتال به عنوان شکل موج باند استفاده کنیم ، ضرب می کنیم. پهنای باند و حامل منجر به یک شکل موج مدوله شده می شوند که برای منطق بالا طبیعی است و برای منطق کم "خاموش". دامنه منطقی بالا با شاخص مدولاسیون مطابقت دارد.

دامنه زمان
نقشه زیر OOK تولید شده با استفاده از یک حامل 10 مگاهرتز و سیگنال ساعت دیجیتالی 1 مگاهرتز را نشان می دهد. ما در اینجا در حوزه ریاضی عمل می کنیم ، بنابراین دامنه منطقی بالا (و دامنه حامل) به سادگی "1" بدون بعد است. در یک مدار واقعی ممکن است یک موج موج 1 ولت و یک سیگنال منطقی 3.3 ولت داشته باشید.

شما ممکن است متوجه یک عدم تناقض بین این مثال و رابطه ریاضی مورد بحث در صفحه [[دامنه تعدیل]] شوید: ما سیگنال باند پایه را تغییر ندادیم. اگر شما با یک شکل موج دیجیتال معمولی همراه با DC سروکار دارید ، هیچ تغییر رو به بالا ضروری نیست زیرا سیگنال در قسمت مثبت محور y باقی می ماند.

دامنه فرکانس
در اینجا طیف مربوطه است:




برای مدولاسیون دامنه با موج سینوسی 1 مگاهرتز ، این را با طیف مقایسه کنید:




بیشتر طیف ها یکسان هستند - سنبله در فرکانس حامل (fC) و سنبله در fC به علاوه فرکانس باند پایه و fC منهای فرکانس باند پایه. 

با این حال ، طیف ASK همچنین دارای سنبله های کوچکتر است که مطابق با هارمونیک های 3 و 5 است: فرکانس اساسی (fF) 1 مگاهرتز است ، به این معنی که هارمونیک 3 (f3) 3 مگاهرتز و 5 هارمونیک (f5) 5 مگاهرتز است. . بنابراین ما دارای سنبله هایی در fC plus / minus fF ، f3 و f5 هستیم. و در حقیقت ، اگر قرار بود نقشه را بسط دهید ، می دیدید که سنبله ها طبق این الگوی ادامه دارند.

این حس کاملی دارد. تبدیل فوریه از یک موج مربع از یک موج سینوسی در فرکانس اساسی و همچنین امواج سینوسی کاهش دهنده دامنه در هارمونیک های عجیب تشکیل شده است ، و این محتوای هارمونیک همان چیزی است که در طیف نشان داده شده در بالا مشاهده می کنیم.

این بحث ما را به یک نکته عملی مهم سوق می دهد: انتقال های ناگهانی مرتبط با برنامه های مدولاسیون دیجیتال ، محتوای (نامطلوب) فرکانس بالاتر تولید می کنند. ما باید این نکته را در ذهن داشته باشیم که پهنای باند واقعی سیگنال مدوله شده و وجود فرکانس هایی را که می تواند در دستگاه های دیگر تداخل داشته باشد ، در نظر بگیریم.

مدولاسیون فرکانس دیجیتال
این نوع مدولاسیون را کلید سازی تغییر فرکانس (FSK) می نامند. برای اهداف ما لازم نیست که یک عبارت ریاضی FSK را در نظر بگیریم. در عوض ، ما به سادگی می توانیم مشخص کنیم که فرکانس f1 خواهیم داشت وقتی که داده های باند پایه منطق 0 و فرکانس f2 هستند وقتی داده های باند پایه منطق 1 هستند.

دامنه زمان
یکی از روشهای تولید شکل موج آماده برای انتقال FSK این است که ابتدا یک سیگنال باند پایه آنالوگ ایجاد کنید که بین داده های دیجیتال بین f1 و f2 سوئیچ شود. در اینجا نمونه ای از شکل موج باند FSK با f1 = 1 kHz و f2 = 3 kHz است. برای اطمینان از اینکه یک نماد برای منطق 0 و منطق 1 یکسان است ، از یک چرخه 1 کیلوهرتز و سه سیکل 3 کیلوهرتز استفاده می کنیم.

سپس شکل موج باند پایه (با استفاده از میکسر) به فرکانس حامل منتقل شده و منتقل می شود. این رویکرد به ویژه در سیستم های رادیویی تعریف شده با نرم افزار مفید است: شکل موج موج آنالوگ یک سیگنال با فرکانس پایین است ، بنابراین می تواند از لحاظ ریاضی تولید شود و سپس توسط DAC وارد قلمرو آنالوگ شود. استفاده از DAC برای ایجاد سیگنال منتقل شده با فرکانس بالا بسیار مشکل تر خواهد بود.

یک راه ساده تر برای پیاده سازی FSK این است که به سادگی دو سیگنال حامل با فرکانس های مختلف (f1 و f2) داشته باشید. بسته به منطق داده های دودویی ، یکی یا دیگری به خروجی هدایت می شود. 

این منجر به یک شکل موج منتقل نهایی می شود که به طور ناگهانی بین دو فرکانس تغییر می کند ، دقیقاً مانند شکل موج موج FSK در بالا ، به جز اینکه تفاوت بین دو فرکانس نسبت به فرکانس متوسط ​​بسیار کوچکتر است. به عبارت دیگر ، اگر به دنبال یک طرح دامنه زمانی هستید ، می توانید تفاوت بصری بخش های f1 را از بخش f2 دشوار کنید زیرا تفاوت بین f1 و f2 تنها بخش کوچکی از f1 (یا f2) است.

دامنه فرکانس
بیایید به بررسی اثرات FSK در حوزه فرکانس بپردازیم. ما از همان فرکانس حامل 10 مگاهرتز خود استفاده خواهیم کرد (یا در این حالت متوسط ​​فرکانس حامل) و از 1 مگاهرتز ± به عنوان انحراف استفاده خواهیم کرد. (این غیر واقعی است ، اما برای اهداف فعلی ما مناسب است.) بنابراین سیگنال منتقل شده برای منطق 9 مگاهرتز و برای منطق 0 مگاهرتز خواهد بود. 11: این طیف:

توجه داشته باشید که هیچ انرژی در "فرکانس حامل" وجود ندارد. با توجه به اینکه سیگنال مدوله شده هرگز در 10 مگاهرتز نیست ، تعجب آور نیست. همیشه در هر دو 10 مگاهرتز منهای 1 مگاهرتز یا 10 مگاهرتز به همراه 1 مگاهرتز قرار دارد و این دقیقاً در جایی است که ما شاهد دو سنبله غالب هستیم: 9 مگاهرتز و 11 مگاهرتز.

اما در مورد سایر فرکانسهای موجود در این طیف چه می توان گفت؟ خوب ، تجزیه و تحلیل طیفی FSK به خصوص ساده نیست. ما می دانیم که انرژی فوریه اضافی با انتقال ناگهانی بین فرکانس ها وجود خواهد داشت. 

به نظر می رسد که FSK به ازای هر فرکانس به یک نوع عملکرد-سینک منجر می شود ، یعنی یکی در مرکز F1 و دیگری در مرکز F2 محور است. اینها سنبله های فرکانس اضافی را که در هر دو طرف سنبله غالب مشاهده می شود ، تشکیل می دهند.

خلاصه
* مدولاسیون دامنه دیجیتال شامل تغییر دامنه موج حامل در بخش های گسسته با توجه به داده های باینری است.

* ساده ترین رویکرد برای مدولاسیون دامنه دیجیتال ، کلید خاموش بودن است.

* با مدولاسیون فرکانس دیجیتال ، فرکانس یک حامل یا یک سیگنال باند پایه در داده های گسسته با توجه به داده های باینری متغیر است.

* اگر مدولاسیون دیجیتال را با مدولاسیون آنالوگ مقایسه کنیم ، می بینیم که تغییرات ناگهانی ایجاد شده توسط مدولاسیون دیجیتال منجر به انرژی اضافی در فرکانس های دورتر از حامل می شوند.

ترک یک پیام 

فهرست پیام