Principios básicos das técnicas de modulación

"A conversión dixital a analóxica é o proceso de cambiar unha das características dun sinal analóxico baseado na información en datos dixitais. Unha onda senoidal defínese por tres características: amplitude, frecuencia e fase. Cando cambiamos calquera destas características, creamos unha versión diferente desa onda. Así que, cambiando unha característica dun simple sinal eléctrico, podemos usala para representar datos dixitais. ----- FMUSER"


Existen tres mecanismos para modular os datos dixitais nun sinal analóxico: teclado por cambios de amplitude (ASK), frecha por desprazamento de frecuencias (FSK) e teclado por desprazamento de fase (PSK). Ademais, hai un cuarto (e mellor) mecanismo que combina cambiar tanto a amplitude como a fase, chamada modulación de amplitude de cuadratura (QAM).

Bandwidth
O ancho de banda requirido para a transmisión analóxica de datos dixitais é proporcional á taxa de sinal, excepto para FSK, no que hai que engadir a diferenza entre os sinais de portador.

Vexa tamén: >> Comparación de 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM 128-QAM, 256-QAM 

Sinal do transportista
Na transmisión analóxica, o dispositivo que envía produce un sinal de alta frecuencia que actúa como base para o sinal de información. Este sinal base chámase sinal de portadora ou frecuencia de portador. O dispositivo receptor está axustado á frecuencia do sinal de operador que espera do emisor. A información dixital cambia entón o sinal portador modificando unha ou máis das súas características (amplitude, frecuencia ou fase). A este tipo de modificación chámaselle modulación (teclado por quendas).

1. Teclado do cambio de amplitude:
No teclado por cambio de amplitude, a amplitude do sinal portador varía para crear elementos de sinal. Tanto a frecuencia como a fase permanecen constantes mentres a amplitude cambia.

ASK binario (BASK)
ASK ponse en práctica normalmente usando só dous niveis. A isto chámaselle chave de desprazamento de amplitude binaria ou teclado de on-off (OOK). A amplitude de pico dun nivel de sinal é 0; o outro é o mesmo que a amplitude da frecuencia portadora. A seguinte figura ofrece unha visión conceptual de ASK binarios.

 

Vexa tamén: >> Cal é a diferenza entre AM e FM? 

Implementación:
Se os datos dixitais se presentan como un sinal dixital NRZ unipolar cunha alta tensión de 1V e unha baixa tensión de 0V, a implementación pódese conseguir multiplicando o sinal dixital NRZ polo sinal portador procedente dun oscilador que se representa na seguinte figura. Cando a amplitude do sinal NRZ é 1, mantense a amplitude da frecuencia portadora; cando a amplitude do sinal NRZ é 0, a amplitude da frecuencia do portador é cero.




Ancho de banda para ASK:
O sinal portador é só unha onda senoidal simple, pero o proceso de modulación produce un sinal composto non periódico. Este sinal ten un conxunto continuo de frecuencias. Como esperamos, o ancho de banda é proporcional á velocidade do sinal (velocidade de transmisión).

Non obstante, normalmente hai outro factor implicado, chamado d, que depende do proceso de modulación e filtrado. O valor de d está entre 0 e 

●Isto significa que o ancho de banda pode expresarse como se mostra, onde S é a velocidade de sinal e B é o ancho de banda.

A fórmula mostra que o ancho de banda requirido ten un valor mínimo de S e un valor máximo de 2S. O punto máis importante aquí é a situación do ancho de banda. O medio do ancho de banda está onde está a frecuencia portadora fc. Isto significa que se temos unha canle de banda dispoñible, podemos escoller o noso fc para que o sinal modulado ocupe ese ancho de banda. Esta é, de feito, a vantaxe máis importante da conversión dixital a analóxica.

Vexa tamén: >>Que é QAM: modulación de amplitude de cuadratura 

2. Teclado por maiúsculas de frecuencia

No teclado por quendas de frecuencias, a frecuencia do sinal do portador varía para representar datos. A frecuencia do sinal modulado é constante durante a duración dun elemento de sinal, pero cambia para o seguinte elemento de sinal se cambia o elemento de datos. Tanto a amplitude de pico como a fase permanecen constantes para todos os elementos do sinal.

Binario FSK (BFSK)
Un xeito de pensar sobre o FSK binario (ou BFSK) é considerar dúas frecuencias portadoras. Na seguinte figura, seleccionamos dúas frecuencias portadoras f1 e f2. Usamos o primeiro portador se o elemento de datos é 0; empregamos o segundo se o elemento de datos é 1.




Na figura anterior móstrase, o medio dun ancho de banda é f1 e o medio do outro f2. Tanto f1 como f2 están ∆f aparte do punto medio entre as dúas bandas. A diferenza entre as dúas frecuencias é 2∆f.

Vexa tamén: >> Modulador e demodulador QAM  

Implementación:
Hai dúas implementacións de BFSK: non coherentes e coherentes. En BFSK non coherente, pode haber discontinuidade na fase cando remata un elemento de sinal e comeza o seguinte. En BFSK coherente, a fase continúa polo límite de dous elementos de sinal. BFSK non coherente pódese implementar tratando BFSK como dúas modulacións ASK e usando dúas frecuencias portadoras. O BFSK coherente pódese implementar empregando un oscilador controlado por tensión (VCO) que cambia a súa frecuencia segundo a tensión de entrada.

A seguinte figura mostra a idea simplificada detrás da segunda implementación. A entrada ao oscilador é o sinal unzolar NRZ. Cando a amplitude de NRZ é cero, o oscilador mantén a súa frecuencia regular; cando a amplitude é positiva, aumenta a frecuencia.

Ancho de banda para BFSK:

A figura superior mostra o ancho de banda de FSK. De novo os sinais portadores só son ondas senoísimas simples, pero a modulación crea un sinal composto non periódico con frecuencias continuas. Podemos pensar en FSK como dous sinais ASK, cada un coa súa propia frecuencia portadora f1 e f2. Se a diferenza entre as dúas frecuencias é 2∆f, entón o ancho de banda requirido é

3. Teclado por fases de maiúsculas:
Na tecla por desprazamento de fase, a fase do portador varía para representar dous ou máis elementos de sinal diferentes. Tanto a amplitude de pico como a frecuencia permanecen constantes a medida que a fase cambia.

PSK binario (BPSK):
O PSK máis sinxelo é o PSK binario, no que só temos dous elementos de sinal, un cunha fase de 0 ° e o outro cunha fase de 180 °. A seguinte figura ofrece unha visión conceptual de PSK. PSK binario é tan sinxelo como ASK binario cunha gran vantaxe: é menos susceptible ao ruído. En ASK, o criterio para a detección de bits é a amplitude do sinal. Pero en PSK, é a fase. O ruído pode cambiar a amplitude máis doado que pode cambiar a fase. Noutras palabras, PSK é menos susceptible ao ruído que ASK. PSK é superior a FSK porque non necesitamos dous sinais de portador.

bandawidth:
O ancho de banda é o mesmo para ASK binario, pero inferior a BFSK. Non se malgasta ancho de banda para separar dous sinais de portador.

Vexa tamén: >>512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 tipos de modulación QAM

Implementación:
A aplicación de BPSK é tan sinxela como ASK. A razón é que o elemento de sinal con fase 180 ° pode verse como o complemento do elemento de sinal con fase 0 °. Isto dános unha pista sobre como implementar BPSK. Empregamos un sinal de NRZ polar en lugar dun sinal de NRZ unipolar, como se mostra na seguinte figura. O sinal polar NRZ multiplícase pola frecuencia do portador. O 1 bit (tensión positiva) está representado por unha fase que comeza a 0 ° o 0 bit (tensión negativa) está representado por unha fase que comeza a 180 °.

 

4. Modulación da amplitude da cuadratura (QAM)
PSK está limitado pola capacidade dos equipos para distinguir pequenas diferenzas de fase. Este factor limita a súa velocidade de bits potencial. Ata o de agora só estivemos alterando unha das tres características dunha onda senoidal á vez; pero e se alteramos dous? Por que non combinar ASK e PSK? A idea de usar dous portadores, un en fase e outro cuadratura, con diferentes niveis de amplitude para cada portador é o concepto detrás da modulación de amplitude de cuadratura (QAM).

As posibles variacións de QAM son numerosas. A seguinte figura mostra algúns destes esquemas. Na seguinte figura A parte móstrase o esquema 4-QAM máis simple (catro tipos de elementos de sinal diferentes) usando un sinal NRZ unipolar para modular cada portador. Este é o mesmo mecanismo que utilizamos para ASK (OOK). A parte b mostra outro 4-QAM usando NRZ polar, pero isto é exactamente o mesmo que QPSK. A parte c mostra outro QAM-4 no que usamos un sinal con dous niveis positivos para modular cada un dos dous portadores. Finalmente, a parte - d mostra unha constelación de 16 QAM dun sinal con oito niveis, catro positivos e catro negativos.

Tamén pode gusta: >>Cal é a diferenza entre "dB", "dBm" e "dBi"? 
                                >>Como cargar / engadir listas de reprodución IPTV M3U / M3U8 manualmente nos dispositivos compatibles
                                >>Que é VSWR: Ratio de onda permanente de tensión

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes