Sut i Ddatodiwleiddio Modiwleiddio Cyfnod Digidol

Dadgodio Amledd Radio
Dysgwch am sut i echdynnu'r data digidol gwreiddiol o donffurf allweddi cam-shifft.

Yn y ddwy dudalen flaenorol buom yn trafod systemau ar gyfer perfformio demodiwleiddio signalau AM a FM sy'n cario data analog, megis sain (heb ei ddigideiddio). Nawr rydym yn barod i edrych ar sut i adfer gwybodaeth wreiddiol sydd wedi'i hamgodio trwy'r trydydd math cyffredinol o fodiwleiddio, sef, modiwleiddio cyfnod.

Fodd bynnag, nid yw modiwleiddio cyfnod analog yn gyffredin, ond mae modiwleiddio cyfnod digidol yn gyffredin iawn. Felly, mae'n gwneud mwy o synnwyr archwilio demodiwleiddio PM yng nghyd-destun cyfathrebu RF digidol. Byddwn yn archwilio'r pwnc hwn gan ddefnyddio bysellu cam deuaidd (BPSK); fodd bynnag, mae'n dda bod yn ymwybodol bod allweddi shifft cam pedr (QPSK) yn fwy perthnasol i systemau diwifr modern.

Fel y mae'r enw'n awgrymu, mae bysellu newid cam deuaidd yn cynrychioli data digidol trwy aseinio un cam i ddeuaidd 0 a chyfnod gwahanol i ddeuaidd 1. Mae'r ddau gam wedi'u gwahanu gan 180 ° i wneud y gorau o gywirdeb demodiwleiddio - mae mwy o wahanu rhwng y ddau werth dau gam yn ei gwneud hi'n haws i ddatgodio'r symbolau.

Lluosi ac Integreiddio - a Cydamseru
Mae demodulator BPSK yn cynnwys dau floc swyddogaethol yn bennaf: lluosydd ac integreiddiwr. Bydd y ddwy gydran hyn yn cynhyrchu signal sy'n cyfateb i'r data deuaidd gwreiddiol. Fodd bynnag, mae angen cylchedwaith cydamseru hefyd, oherwydd rhaid i'r derbynnydd allu nodi'r ffin rhwng cyfnodau did. Mae hwn yn wahaniaeth pwysig rhwng demodiwleiddio analog a demodiwleiddio digidol, felly gadewch inni edrych yn agosach.

 

Mewn demodiwleiddio analog, nid oes dechrau na diwedd i'r signal mewn gwirionedd. Dychmygwch drosglwyddydd FM sy'n darlledu signal sain, hy, signal sy'n amrywio'n barhaus yn ôl y gerddoriaeth. Nawr dychmygwch dderbynnydd FM sy'n cael ei ddiffodd i ddechrau. 

Gall y defnyddiwr bweru'r derbynnydd ar unrhyw adeg, a bydd y cylchedwaith demodiwleiddio yn dechrau echdynnu'r signal sain o'r cludwr wedi'i fodiwleiddio. Gellir chwyddo'r signal sydd wedi'i dynnu a'i anfon at siaradwr, a bydd y gerddoriaeth yn swnio'n normal. 

Nid oes gan y derbynnydd unrhyw syniad a yw'r signal sain yn cynrychioli dechrau neu ddiwedd cân, neu os yw'r cylchedwaith demodiwleiddio yn dechrau gweithredu ar ddechrau mesur, neu'n iawn ar y curiad, neu rhwng dau guriad. Nid oes ots; mae pob gwerth foltedd ar unwaith yn cyfateb i un union foment yn y signal sain, ac mae'r sain yn cael ei hail-greu pan fydd yr holl werthoedd gwib hyn yn digwydd yn olynol.

Gyda modiwleiddio digidol, mae'r sefyllfa'n hollol wahanol. Nid ydym yn delio ag amplitudes ar unwaith ond yn hytrach cyfres o amplitudes sy'n cynrychioli un darn o wybodaeth arwahanol, sef rhif (un neu sero). 

Rhaid gwahaniaethu rhwng pob dilyniant o amplitudes - a elwir yn symbol, gyda hyd sy'n hafal i un cyfnod didau - o'r dilyniannau blaenorol ac a ganlyn: Pe bai'r darlledwr (o'r enghraifft uchod) yn defnyddio modiwleiddio digidol a'r derbynnydd yn cael ei bweru i fyny ac yn dechrau demodiwleiddio yn pwynt ar hap mewn amser, beth fyddai'n digwydd? 

Wel, pe bai'r derbynnydd yn digwydd dechrau demodiwleiddio yng nghanol symbol, byddai'n ceisio dehongli hanner un symbol a hanner y symbol canlynol. Byddai hyn, wrth gwrs, yn arwain at wallau; byddai gan symbol rhesymeg-un wedi'i ddilyn gan symbol rhesymeg-sero yr un siawns o gael ei ddehongli fel un neu sero.

Yn amlwg, felly, rhaid i gydamseru fod yn flaenoriaeth mewn unrhyw system RF ddigidol. Un dull syml o gydamseru yw rhagflaenu pob pecyn gyda “dilyniant hyfforddi” wedi'i ddiffinio ymlaen llaw sy'n cynnwys symbolau sero bob yn ail ac un symbolau (fel yn y diagram uchod). Gall y derbynnydd ddefnyddio'r trawsnewidiadau un-sero-un-sero hyn i nodi'r ffin amserol rhwng symbolau, ac yna gellir dehongli gweddill y symbolau yn y pecyn yn iawn dim ond trwy gymhwyso hyd symbol wedi'i ddiffinio ymlaen llaw.

Effaith Lluosi
Fel y soniwyd uchod, cam sylfaenol mewn demodiwleiddio PSK yw lluosi. Yn fwy penodol, rydym yn lluosi signal BPSK sy'n dod i mewn â signal cyfeirio gydag amledd sy'n hafal i amledd y cludwr. Beth mae hyn yn ei gyflawni? Gadewch i ni edrych ar y mathemateg; yn gyntaf, mae'r cynnyrch yn nodi ar gyfer dwy swyddogaeth sin:

 

Os ydym yn troi'r swyddogaethau sin generig yn signalau ag amlder a chyfnod, mae gennym y canlynol:

Symleiddio, rydym wedi:

Felly pan fyddwn yn lluosi dau sinwsoid o amledd cyfartal ond cyfnod gwahanol, y canlyniad yw sinwsoid o ddwbl yr amledd ynghyd â gwrthbwyso sy'n dibynnu ar y gwahaniaeth rhwng y ddau gam. 

Y gwrthbwyso yw'r allwedd: Os yw cam y signal a dderbynnir yn hafal i gam y signal cyfeirio, mae gennym cos (0 °), sy'n hafal i 1. Os yw cam y signal a dderbynnir yn 180 ° yn wahanol i'r cyfnod o y signal cyfeirio, mae gennym cos (180 °), sef –1. Felly, bydd gan allbwn y lluosydd wrthbwyso DC positif ar gyfer un o'r gwerthoedd deuaidd a gwrthbwyso DC negyddol ar gyfer y gwerth deuaidd arall. Gellir defnyddio'r gwrthbwyso hwn i ddehongli pob symbol fel sero neu un.

Cadarnhad Efelychu
Mae'r cylched modiwleiddio a demodiwleiddio BPSK canlynol yn dangos i chi sut y gallwch chi greu signal BPSK yn LTspice:

Mae dwy ffynhonnell sin (un â chyfnod = 0 ° ac un â chyfnod = 180 °) wedi'u cysylltu â dau switsh a reolir gan foltedd. Mae gan y ddau switsh yr un signal rheoli tonnau sgwâr, ac mae'r gwrthiannau ymlaen ac i ffwrdd wedi'u ffurfweddu fel bod y naill ar agor tra bod y llall ar gau. Mae terfynellau “allbwn” y ddau switsh wedi'u clymu at ei gilydd, ac mae'r op-amp yn clustogi'r signal sy'n deillio o hyn, sy'n edrych fel hyn:




Nesaf, mae gennym sinwsoid cyfeirio (V4) gydag amledd sy'n hafal i amledd tonffurf BPSK, ac yna rydyn ni'n defnyddio ffynhonnell foltedd ymddygiad mympwyol i luosi'r signal BPSK â'r signal cyfeirio. Dyma'r canlyniad:




Fel y gallwch weld, mae'r signal demodulated yn ddwbl amledd y signal a dderbynnir, ac mae ganddo wrthbwyso DC positif neu negyddol yn ôl cyfnod pob symbol. Os byddwn wedyn yn integreiddio'r signal hwn mewn perthynas â phob cyfnod did, bydd gennym signal digidol sy'n cyfateb i'r data gwreiddiol.

Canfod Cydlynol
Yn yr enghraifft hon, mae cam signal cyfeirio'r derbynnydd wedi'i gydamseru â cham y signal wedi'i fodiwleiddio sy'n dod i mewn. Gellir cyflawni hyn yn hawdd mewn efelychiad; mae'n sylweddol anoddach mewn bywyd go iawn. At hynny, fel y trafodir ar y dudalen hon o dan “Amgodio Gwahaniaethol,” ni ellir defnyddio bysellu shifft cam cyffredin mewn systemau sy'n destun gwahaniaethau cyfnod anrhagweladwy rhwng trosglwyddydd a derbynnydd. 

Er enghraifft, os yw signal cyfeirnod y derbynnydd 90 ° allan o gyfnod gyda chludwr y trosglwyddydd, y gwahaniaeth cyfnod rhwng y cyfeirnod a'r signal BPSK fydd 90 ° bob amser, a cos (90 °) yw 0. Felly, mae'r gwrthbwyso DC yn ar goll, ac mae'r system yn gwbl anweithredol.

Gellir cadarnhau hyn trwy newid cam y ffynhonnell V4 i 90 °; dyma'r canlyniad:

Crynodeb
* Mae angen cydamseru cyfnod didau ar gyfer demodiwleiddio digidol; rhaid i'r derbynnydd allu nodi'r ffiniau rhwng symbolau cyfagos.

* Gellir demodiwleiddio signalau bysellu cam-newid deuaidd trwy luosi ac yna integreiddio. Mae gan y signal cyfeirio a ddefnyddir yn y cam lluosi yr un amledd â chludwr y trosglwyddydd.

* Dim ond pan all cam signal cyfeirnod y derbynnydd gynnal cydamseriad â cham cludwr y trosglwyddydd y mae bysellu symud-cam arferol yn ddibynadwy.

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon