Modiwleiddio Digidol: Osgled ac Amledd

Modiwleiddio Amledd Radio

Er eu bod yn seiliedig ar yr un cysyniadau, mae tonffurfiau modiwleiddio digidol yn edrych yn dra gwahanol i'w cymheiriaid analog.

Er ei fod ymhell o ddiflannu, mae modiwleiddio analog yn anghydnaws â byd digidol yn unig. 

Nid ydym bellach yn canolbwyntio ein hymdrechion ar symud tonffurfiau analog o un lle i'r llall. Yn hytrach, rydym am symud data: rhwydweithio diwifr, signalau sain wedi'u digideiddio, mesuriadau synhwyrydd, ac ati. I drosglwyddo data digidol, rydym yn defnyddio modiwleiddio digidol.

Rhaid inni fod yn ofalus, serch hynny, â'r derminoleg hon. Mae “analog” a “digidol” yn y cyd-destun hwn yn cyfeirio at y math o wybodaeth sy'n cael ei throsglwyddo, nid at nodweddion sylfaenol y tonffurfiau a drosglwyddir go iawn. 

Mae modiwleiddio analog a digidol yn defnyddio signalau amrywiol yn llyfn; y gwahaniaeth yw bod signal wedi'i fodiwleiddio'n analog yn cael ei ddadosod i donffurf band sylfaen analog, ond mae signal wedi'i fodiwleiddio'n ddigidol yn cynnwys unedau modiwleiddio arwahanol, o'r enw symbolau, sy'n cael eu dehongli fel data digidol.

Mae fersiynau analog a digidol o'r tri math modiwleiddio. Gadewch i ni ddechrau gydag osgled ac amlder.

Modylu Osgled Digidol
Cyfeirir at y math hwn o fodiwleiddio fel allweddi symud osgled (GOFYNNWCH). Yr achos mwyaf sylfaenol yw “allweddi diffodd” (OOK), ac mae'n cyfateb bron yn uniongyrchol i'r berthynas fathemategol a drafodir ar y dudalen sy'n ymroddedig i [[modiwleiddio osgled analog]]: Os ydym yn defnyddio signal digidol fel tonffurf y band sylfaen, gan luosi mae'r band sylfaen a'r cludwr yn arwain at donffurf wedi'i modiwleiddio sy'n normal ar gyfer rhesymeg uchel ac “i ffwrdd” ar gyfer rhesymeg isel. Mae'r osgled rhesymeg-uchel yn cyfateb i'r mynegai modiwleiddio.

Parth Amser
Mae'r plot canlynol yn dangos OOK a gynhyrchir gan ddefnyddio cludwr 10 MHz a signal cloc digidol 1 MHz. Rydym yn gweithredu yn y maes mathemategol yma, felly mae'r osgled rhesymeg-uchel (ac osgled y cludwr) yn ddimensiwn "1"; mewn cylched go iawn efallai y bydd gennych donffurf cludwr 1 V a signal rhesymeg 3.3 V.

Efallai eich bod wedi sylwi ar un anghysondeb rhwng yr enghraifft hon a'r berthynas fathemategol a drafodwyd ar y dudalen [[Modiwleiddio Osgled]]: ni wnaethom symud y signal band sylfaen. Os ydych chi'n delio â tonffurf ddigidol nodweddiadol wedi'i gyplysu â DC, nid oes angen symud i fyny oherwydd bod y signal yn aros yn y rhan gadarnhaol o'r echelin-y.

Parth Amledd
Dyma'r sbectrwm cyfatebol:




Cymharwch hyn â'r sbectrwm ar gyfer modiwleiddio osgled â thon sine 1 MHz:




Mae'r rhan fwyaf o'r sbectrwm yr un peth - pigyn ar amledd y cludwr (fC) a phigyn ar fC ynghyd ag amledd y band sylfaen ac fC heb yr amledd band sylfaen. 

Fodd bynnag, mae gan y sbectrwm GOFYN hefyd bigau llai sy'n cyfateb i'r 3ydd a'r 5ed harmonig: Yr amledd sylfaenol (fF) yw 1 MHz, sy'n golygu bod y 3ydd harmonig (f3) yn 3 MHz a'r 5ed harmonig (f5) yn 5 MHz . Felly mae gennym bigau yn fC plus / minus fF, f3, a f5. Ac mewn gwirionedd, pe baech chi'n ehangu'r plot, byddech chi'n gweld bod y pigau'n parhau yn ôl y patrwm hwn.

Mae hyn yn gwneud synnwyr perffaith. Mae trawsffurfiad Fourier o don sgwâr yn cynnwys ton sin ar yr amledd sylfaenol ynghyd â thonnau sin sy'n lleihau-osgled ar yr harmonigau od, a'r cynnwys harmonig hwn yw'r hyn a welwn yn y sbectrwm a ddangosir uchod.

Mae'r drafodaeth hon yn ein harwain at bwynt ymarferol pwysig: mae trawsnewidiadau sydyn sy'n gysylltiedig â chynlluniau modiwleiddio digidol yn cynhyrchu cynnwys amledd uwch (annymunol). Mae'n rhaid i ni gadw hyn mewn cof wrth ystyried lled band gwirioneddol y signal wedi'i fodiwleiddio a phresenoldeb amleddau a allai ymyrryd â dyfeisiau eraill.

Modiwleiddio Amledd Digidol
Gelwir y math hwn o fodiwleiddio yn allweddi shifft amledd (FSK). At ein dibenion nid oes angen ystyried mynegiant mathemategol o FSK; yn hytrach, gallwn nodi'n syml y bydd gennym amledd f1 pan fydd y data band sylfaen yn rhesymeg 0 ac amledd f2 pan fydd y data band sylfaen yn rhesymeg 1.

Parth Amser
Un dull o gynhyrchu'r donffurf FSK parod i'w drosglwyddo yw creu signal band sylfaen analog yn gyntaf sy'n newid rhwng f1 a f2 yn ôl y data digidol. Dyma enghraifft o donffurf band sylfaen FSK gyda f1 = 1 kHz a f2 = 3 kHz. Er mwyn sicrhau bod symbol yr un hyd ar gyfer rhesymeg 0 a rhesymeg 1, rydym yn defnyddio un cylch 1 kHz a thri chylch 3 kHz.

Yna caiff y donffurf band sylfaen ei symud (gan ddefnyddio cymysgydd) hyd at amledd y cludwr a'i drosglwyddo. Mae'r dull hwn yn arbennig o ddefnyddiol mewn systemau radio wedi'u diffinio gan feddalwedd: mae'r tonffurf band sylfaen analog yn signal amledd isel, ac felly gellir ei gynhyrchu'n fathemategol yna ei gyflwyno i'r deyrnas analog gan DAC. Byddai defnyddio DAC i greu'r signal a drosglwyddir amledd uchel yn llawer anoddach.

Ffordd fwy cysyniadol o syml i weithredu FSK yw cael dau signal cludwr â amleddau gwahanol (f1 a f2); mae un neu'r llall yn cael ei gyfeirio i'r allbwn yn dibynnu ar lefel rhesymeg y data deuaidd. 

Mae hyn yn arwain at donffurf a drosglwyddir yn derfynol sy'n newid yn sydyn rhwng dau amledd, yn debyg iawn i donffurf FSK y band sylfaen uchod ac eithrio bod y gwahaniaeth rhwng y ddau amledd yn llawer llai mewn perthynas â'r amledd cyfartalog. Mewn geiriau eraill, pe baech yn edrych ar blot parth amser, byddai'n anodd gwahaniaethu'r adrannau f1 yn weledol o'r adrannau f2 oherwydd dim ond ffracsiwn bach o f1 (neu f2) yw'r gwahaniaeth rhwng f1 a f2.

Parth Amledd
Gadewch i ni edrych ar effeithiau FSK yn y parth amledd. Byddwn yn defnyddio ein un amledd cludwr 10 MHz (neu amledd cludwr ar gyfartaledd yn yr achos hwn), a byddwn yn defnyddio ± 1 MHz fel y gwyriad. (Mae hyn yn afrealistig, ond yn gyfleus at ein dibenion cyfredol.) Felly bydd y signal a drosglwyddir yn 9 MHz ar gyfer rhesymeg 0 ac 11 MHz ar gyfer rhesymeg 1. Dyma'r sbectrwm:

Sylwch nad oes unrhyw egni ar “amledd y cludwr.” Nid yw hyn yn syndod, o ystyried nad yw'r signal wedi'i fodiwleiddio byth yn 10 MHz. Mae bob amser ar naill ai 10 MHz minws 1 MHz neu 10 MHz ynghyd ag 1 MHz, a dyma'n union lle rydyn ni'n gweld y ddau bigyn amlycaf: 9 MHz ac 11 MHz.

Ond beth am yr amleddau eraill sy'n bresennol yn y sbectrwm hwn? Wel, nid yw dadansoddiad sbectrol FSK yn arbennig o syml. Gwyddom y bydd egni Fourier ychwanegol yn gysylltiedig â'r trawsnewidiadau sydyn rhwng amleddau. 

Mae'n ymddangos bod FSK yn arwain at fath o sbectrwm swyddogaeth sinc ar gyfer pob amledd, hy, mae un wedi'i ganoli ar f1 a'r llall wedi'i ganoli ar f2. Mae'r rhain yn cyfrif am y pigau amledd ychwanegol a welir ar y naill ochr i'r ddau bigyn amlycaf.

Crynodeb
* Mae modiwleiddio osgled digidol yn cynnwys amrywio osgled ton cludwr mewn adrannau arwahanol yn ôl data deuaidd.

* Y dull symlaf o fodiwleiddio osgled digidol yw bysellu diffodd.

* Gyda modiwleiddio amledd digidol, mae amlder cludwr neu signal band sylfaen yn amrywiol mewn adrannau arwahanol yn ôl data deuaidd.

* Os ydym yn cymharu modiwleiddio digidol â modiwleiddio analog, gwelwn fod y trawsnewidiadau sydyn a grëir gan fodiwleiddio digidol yn arwain at egni ychwanegol ar amleddau ymhellach o'r cludwr.

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon