Čo je to modulácia a rôzne typy

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Pretože žijeme v ére komunikácie, v ktorej môžeme ľahko prenášať akúkoľvek formu informácií (video, zvuk a ďalšie údaje) vo forme elektrických signálov do ľubovoľného iného zariadenia alebo určenej oblasti. Aj keď je v našich percepčných skúsenostiach bežné, že odosielanie alebo prijímanie signálov alebo údajov je jednoduché, vyžaduje to pomerne zložité postupy, možnosti a príslušné scenáre v rámci komunikačné systémy . Takže v rámci komunikačných systémov majú modulačné hry rozhodujúcu zodpovednosť v komunikačnom systéme za digitálne kódovanie informácií v analógovom svete. Je veľmi dôležité modulovať signály pred ich odoslaním do sekcie prijímača kvôli prenosu na väčšiu vzdialenosť, presnému prenosu údajov a nízkošumovému príjmu dát. Aby sme mali jasno, ponorme sa do podrobného konceptu poznania, čo je modulácia, rôzne typy v nej a aké sú typy modulácia techniky používané v komunikačných systémoch.

Čo je to modulácia?

Modulácia je proces zmeny charakteristík vlny, ktorá sa má vysielať, superponovaním signálu správy na vysokofrekvenčný signál. V tomto procese video, hlas a ďalšie dátové signály upravujú vysokofrekvenčné signály - známe tiež ako nosná vlna . Táto nosná vlna môže byť jednosmerná alebo striedavá alebo impulzný reťazec v závislosti od použitej aplikácie. Ako signál nosnej vlny sa zvyčajne používa vysokofrekvenčná sínusová vlna.




Tieto modulačné techniky sú rozdelené do dvoch hlavných typov: analógové a digitálne alebo pulzná modulácia . Pred ďalšou diskusiou o rôznych druhoch modulačných techník si uvedomme dôležitosť modulácie.

Prečo sa v komunikácii používa modulácia?

  • V modulačnej technike sa frekvencia signálu správy zvyšuje na rozsah, takže je užitočnejšia na prenos. Nasledujúce body popisujú dôležitosť modulácie v komunikačnom systéme.
  • V prenos signálu , sa signály z rôznych zdrojov prenášajú cez spoločný kanál súčasne pomocou multiplexorov. Ak sa tieto signály prenášajú súčasne s určitou šírkou pásma, spôsobujú interferenciu. Na prekonanie tohto sú rečové signály modulované na rôzne nosné frekvencie, aby ich prijímač naladil na požadovanú šírku pásma podľa vlastného výberu v rozsahu prenosu.
  • Ďalším technickým dôvodom je anténa veľkosť antény je nepriamo úmerná frekvencii vyžarovaného signálu. Poradie veľkosti otvoru antény je najmenej jedna desatina vlnovej dĺžky signálu. Jeho veľkosť je nerealizovateľná, ak je signál 5 kHz, takže zvýšenie frekvencie modulačným procesom určite zníži výšku antény.
  • Pri prenose signálov na veľké vzdialenosti je dôležitá modulácia, pretože na dlhšie vzdialenosti nie je možné vysielať nízkofrekvenčné signály.
  • Podobne je dôležitá aj modulácia, aby sa používateľom pridelilo viac kanálov a zvýšila sa imunita proti šumu.

Ak sa chcete dozvedieť viac podrobných informácií o modulačných technikách, povedzte nám, čo sa týka typov signály v procese modulácie .



Modulačný signál

Tento signál sa tiež označuje ako signál správy. Obsahuje údaje, ktoré sa musia preniesť, a preto sa to označuje ako signál správy. Je považovaný za signál v základnom pásme, kde prechádza modulačným procesom, aby sa mohol vysielať alebo komunikovať. Z tohto dôvodu ide o modulačný signál.

Signál dopravcu

Toto je vysoký rozsah frekvenčného signálu, ktorý je so špecifickou amplitúdou, frekvenciou a fázovými úrovňami, ale neobsahuje žiadne údaje. Nazýva sa to teda ako nosný signál, pretože je prázdny. Toto sa jednoducho využije na prenos správy do sekcie prijímača po procese modulácie.


Modulovaný signál

Následný signál, ktorý sa získa po procedúre modulácie, sa nazýva modulovaný signál. Je to produkt nosného aj modulačného signálu.

Rôzne typy modulácie

Dva typy modulácie: analógové a digitálne modulačné techniky už boli diskutované. V obidvoch technikách sa informácie v základnom pásme prevádzajú na rádiofrekvenčné signály, ale v analógovej modulácii sú tieto RF komunikácia signály sú spojitý rozsah hodnôt, zatiaľ čo v digitálnej modulácii sú to vopred pripravené diskrétne stavy.

Typy modulácie

Typy modulácie

Analógová modulácia

V tejto modulácii sa kontinuálne meniaca sa sínusová vlna používa ako nosná vlna, ktorá moduluje signál správy alebo dátový signál. Všeobecná funkcia sínusovej vlny je zobrazená na obrázku nižšie, na ktorom je možné zmeniť tri parametre, aby sa získala modulácia - ide hlavne o amplitúdu, frekvenciu a fázu, takže typy analógovej modulácie sú:

  • Amplitúdová modulácia (AM)
  • Frekvenčná modulácia (FM)
  • Fázová modulácia (PM)

V amplitúdová modulácia , amplitúda nosnej vlny sa mení v pomere k signálu správy a ďalšie faktory, ako je frekvencia a fáza, zostávajú konštantné. Modulovaný signál je znázornený na obrázku nižšie a jeho spektrum pozostáva z komponentov s nižším frekvenčným pásmom, s vyšším kmitočtom a z nosnej frekvencie. Tento typ modulácie vyžaduje väčšiu šírku pásma, viac energie. Filtrovanie je v tejto modulácii veľmi ťažké.

Typy analógovej modulácie

Typy analógovej modulácie

Frekvenčná modulácia (FM) mení frekvenciu nosiča proporcionálne k správe alebo dátovému signálu, pričom udržiava konštantné ďalšie parametre. Výhodou FM oproti AM je väčšie potlačenie šumu na úkor šírky pásma v FM. Používa sa v aplikáciách ako rádio, radar, telemetrická seizmická prospekcia atď. Účinnosť a šírky pásma závisia od indexu modulácie a maximálnej modulačnej frekvencie.

V fázová modulácia , nosná fáza sa mení v súlade s dátovým signálom. Pri tomto type modulácie ovplyvňuje zmena fázy aj frekvenciu, takže táto modulácia tiež spadá pod frekvenčnú moduláciu.

Analógová modulácia (AM, FM a PM) je citlivejšia na šum. Ak hluk vstupuje do systému, pretrváva a prenáša sa až do koncového prijímača. Preto je možné túto nevýhodu prekonať technikou digitálnej modulácie.

AM

AM

Digitálna modulácia

Pre lepšiu kvalitu a efektívnejšiu komunikáciu sa používa technika digitálnej modulácie. Medzi hlavné výhody digitálnej modulácie pred analógovou moduláciou patrí prípustný výkon, dostupná šírka pásma a vysoká odolnosť proti šumu. Pri digitálnej modulácii sa signál správy prevádza z analógovej na digitálnu správu a potom sa moduluje pomocou nosnej vlny.

Nosná vlna je zakódovaná alebo zapnutá a vypnutá, aby sa vytvorili impulzy také, že signál je modulovaný. Podobne ako v prípade analógu, aj tu rozhodujú parametre ako amplitúda, frekvencia a fázová variácia nosnej vlny o type digitálnej modulácie.

The typy digitálnej modulácie sú založené na type použitého signálu a aplikácii, ako je napríklad Amplitude Shift Keying, Frequency Shift Keying, Phase Shift Keying, Differential Phase Shift Keying, Quadrature Phase Shift Keying, Minimum Shift Keying, Gaussian Minimum Shift Keying, Orthogonal Frequency Division Multiplexing, atď. , ako je to znázornené na obrázku.

Kľúčovanie s posunom amplitúdy mení amplitúdu nosnej vlny na základe signálu v základnom pásme alebo signálu správy, ktorý je v digitálnom formáte. Používa sa pre požiadavky v nízkom pásme a je citlivý na hluk.

Pri kľúčovaní s frekvenčným posunom sa frekvencia nosnej vlny mení pre každý symbol v digitálnych dátach. Potrebuje väčšiu šírku pásma, ako je to znázornené na obrázku. Podobne sa pomocou kľúčovania s fázovým posunom mení fáza nosnej pre každý symbol a je menej citlivá na šum.

Frekvenčná modulácia

Aby sa vytvorila frekvenčne modulovaná vlna, frekvencia rádiových vĺn sa mení v súlade s amplitúdou vstupného signálu.

Frekvenčná modulácia

Frekvenčná modulácia

Keď je zvuková vlna modulovaná s vlnou vysokofrekvenčného nosného signálu, potom generovaný frekvenčný signál zmení svoju frekvenčnú úroveň. Je potrebné poznamenať variáciu, o ktorú sa vlna pohybuje nahor a nadol. Toto sa nazýva odchýlka a všeobecne sa označuje ako odchýlka kHz.

Napríklad, keď má signál odchýlku buď + alebo - 3 kHz, potom je vyjadrený ako ± 3 kHz. To znamená, že nosný signál má odchýlku 3 kHz smerom hore a dole.

Vysielacie stanice, ktoré potrebujú veľmi vysokofrekvenčný rozsah frekvenčného spektra (v rozmedzí 88,5 - 108 MHz), potrebujú určite veľkú odchýlku, ktorá je takmer ± 75 kHz. Toto sa nazýva širokopásmová frekvenčná modulácia. Signály v tomto rozsahu majú schopnosť napomáhať vysokej kvalite prenosov, zatiaľ čo tiež vyžadujú vyššiu šírku pásma. Všeobecne je pre každé WBFM povolené 200 kHz. A pre úzkopásmové FM stačí odchýlka ± 3 kHz.

Pri implementácii vlny FM je výhodnejšie poznať rozsah účinnosti modulácie. Toto je parameter pri uvádzaní faktorov, ako je znalosť typu signálu, či už je to širokopásmový alebo úzkopásmový FM signál. Pomáha tiež zabezpečiť, aby boli celé prijímače alebo vysielače, ktoré sú v systéme, naprogramované tak, aby sa prispôsobili štandardizovanému rozsahu modulácie, pretože to ovplyvňuje vplyv na faktory, ako je rozstup kanálov, šírka pásma prijímača a ďalšie.

Na označenie úrovne modulácie sa teda majú určiť parametre modulačného indexu a koeficientu odchýlky.

Iné typy frekvenčnej modulácie zahrňte nasledujúce.

Úzke pásmo FM

  • Toto sa označuje ako typ frekvenčnej modulácie, kde hodnota indexu modulácie je príliš minimálna.
  • Keď je hodnota indexu modulácie<0.3, then there will be an only carrier and corresponding sidebands having bandwidth as twice the modulating signal. So, β ≤ 0.3 is called narrow band frequency modulation.
  • Maximálny rozsah modulačnej frekvencie je 3 kHz
  • Maximálna hodnota odchýlky frekvencie je 75 kHz

Širokopásmové FM

  • Toto sa označuje ako typ frekvenčnej modulácie, kde je hodnota indexu modulácie veľká.
  • Keď je hodnota indexu modulácie> 0,3, budú existovať viac ako dve postranné pásma, ktoré majú šírku pásma dvojnásobnú ako modulačný signál. Keď sa hodnota indexu modulácie zvýši, počet postranných pásiem sa zvýši. Takže β> 0,3 sa nazýva úzkopásmová frekvenčná modulácia.
  • Maximálny rozsah modulačných frekvencií je v rozmedzí 30 Hz - 15 kHz
  • Maximálna hodnota odchýlky frekvencie je 75 kHz
  • Táto frekvenčná modulácia vyžaduje vyšší rozsah šírky pásma, ktorý je takmer 15-krát pred úzkopásmovou frekvenčnou moduláciou.

Ostatné typy modulačných techník používaných v komunikačnom systéme sú:

  • Kľúčovanie binárnym fázovým posunom
  • Kľúčové slovo diferenciálneho fázového posuvu
  • Kľúčovanie s fázovým posunom diferenciálnej kvadratúry
  • Ofsetové kvadratúrne klíčenie fázovým posunom
  • Audio FSK
  • Multi FSK
  • Dvojtónový FSK
  • Minimálne radenie kľúčov
  • Gaussovo zadanie minimálnej zmeny
  • Trellisov kódovaný typ modulácie

Výhody rôznych typov modulácie

Na účely prenosu veľkosť anténa musí byť veľmi veľká, kým nebola navrhnutá technika modulácie. Úroveň komunikácie bude obmedzená, pretože nebude dochádzať na diaľkovú komunikáciu s nulovou úrovňou skreslenia.

Takže s vývojom modulácie existuje veľa výhod z využívania komunikačné systémy . A výhody modulácie sú:

  • Veľkosť antény sa dá zmenšiť
  • Nedochádza k nijakému spojeniu signálu
  • Rozsah komunikácie je rozšírený
  • Bude možnosť multiplexovania
  • Jeden môže upraviť šírku pásma podľa požiadaviek
  • Kvalita príjmu sa zvyšuje
  • Lepší výkon a efektívnosť

Aplikácie rôznych typov modulácie

Existuje široká škála rôznych modulačných techník, ktoré sú:

  • Implementované v systémoch mixovania hudby a nahrávaní na magnetickú pásku
  • Sledovanie EEG monitorovania novonarodených detí
  • Používa sa v telemetrii
  • Použité v radar
  • Techniky FM vysielania

Aby sa zabránilo komplikovaniu tohto článku, boli z neho vyňaté niektoré matematické rovnice a podrobné informácie o digitálnych komunikačných systémoch. Úsilie vynaložené na vypracovanie tohto článku však zaisťuje základné informácie o rôznych typy modulácie v komunikačnom systéme . Je tiež dôležitejšie mať jasnú predstavu o tom, čo sú