Paghahambing at Paghahambing ng Amplitude, Frequency, at Phase Modulation

Module ng Dalas ng Radyo

Paano ihambing ang iba't ibang mga scheme ng modulation sa mga tuntunin ng pagganap at aplikasyon? Tignan natin.

Mahalagang maunawaan ang mga kapansin-pansin na katangian ng tatlong uri ng modyul ng RF. Ngunit ang impormasyong ito ay hindi umiiral sa paghihiwalay - ang layunin ay upang magdisenyo ng mga tunay na sistema na epektibo at mahusay na nakakatugon sa mga layunin ng pagganap. Kaya, kailangan nating magkaroon ng isang pangkalahatang ideya kung aling scheme ng modulation ay angkop para sa isang partikular na aplikasyon.

malawak modulasyon
Ang module ng Amplitude ay prangka sa mga tuntunin ng pagpapatupad at pagsusuri. Gayundin, ang mga AM waveform ay medyo madali upang mai-demodulate. 

Sa pangkalahatan, kung gayon, ang AM ay maaaring matingnan bilang isang simple, murang pamamaraan ng modulation. Tulad ng dati, bagaman, ang pagiging simple at mababang gastos ay sinamahan ng mga kompromiso sa pagganap - hindi namin inaasahan ang mas madali, mas murang solusyon na maging pinakamahusay.

Maaaring hindi tumpak na ilarawan ang mga sistema ng AM bilang "bihira," dahil ang hindi mabilang na mga sasakyan sa buong mundo ay may kasamang mga tatanggap ng AM. Gayunpaman, ang mga aplikasyon ng modulasyon ng amplitude ng analog ay kasalukuyang limitado, dahil ang AM ay may dalawang makabuluhang kawalan.

 

Ingay ng Amplitude
Ang ingay ay isang walang hanggang paghihirap sa mga wireless na sistema ng komunikasyon. Sa isang tiyak na kahulugan, ang kalidad ng isang disenyo ng RF ay maaaring maikli sa pamamagitan ng signal-to-ingay na ratio ng demodulated signal: hindi gaanong ingay sa natanggap na signal ay nangangahulugang mas mataas na kalidad ng output (para sa mga analog system) o mas kaunting mga error (para sa mga digital na sistema ). Ang ingay ay palaging naroroon, at lagi nating kilalanin ito bilang pangunahing banta sa pangkalahatang pagganap ng system.

Ingay-random na ingay ng elektrikal, panghihimasok, de-koryenteng at makina na lumilipas - ay nagpapatakbo sa laki ng isang signal. Sa madaling salita, ang ingay ay maaaring lumikha ng modyul ng amplitude. Ito ay isang problema, dahil ang random na module ng amplitude na nagreresulta mula sa ingay ay hindi makikilala mula sa sinasadyang modyul ng amplitude na isinagawa ng transmitter. Ang ingay ay isang problema para sa anumang signal ng RF, ngunit ang mga sistema ng AM ay madaling kapitan.

Pagkakaisa ng Amplifier
Ang isa sa mga pangunahing hamon sa disenyo ng mga RF power amplifier ay ang pagkakaugnay. (Mas partikular, mahirap makamit ang parehong mataas na kahusayan at mataas na pagkakatugma.) Ang isang linear amplifier ay nalalapat ang isang tiyak na nakapirming pakinabang sa input signal; sa mga graphical term, ang paglipat ng function ng isang linear amplifier ay isang tuwid na linya, na may dalisdis na naaayon sa pakinabang.


Ang isang tuwid na linya ay kumakatawan sa tugon ng isang perpektong linear amplifier: ang output boltahe ay palaging ang input boltahe na pinarami ng isang nakapirming pakinabang.

Ang mga real-life amplifier ay palaging may ilang antas ng hindi pagkakapareho, na nangangahulugang ang pakinabang na inilalapat sa input signal ay apektado ng mga katangian ng signal ng pag-input. Ang resulta ng nonlinear amplification ay pagbaluktot, ibig sabihin, ang paglikha ng spectral energy sa mga harmonic frequency.

Maaari din nating sabihin na ang nonlinear amplification ay isang form ng modyul ng amplitude. Kung ang pakinabang ng isang amplifier ay nag-iiba ayon sa dalas ng signal ng pag-input, o ayon sa mga panlabas na kadahilanan tulad ng mga kondisyon ng temperatura o suplay ng kuryente, ang ipinapadala na signal ay nakakaranas ng hindi sinasadya (at hindi kanais-nais) modyul ng amplitude. 

Ito ay isang problema sa mga system ng AM dahil ang nakamamanghang module ng amplitude ay nakakasagabal sa sinasadya na modyul ng amplitude.

Ang anumang pamamaraan ng modulation na nagsasama ng mga pagkakaiba-iba ng amplitude ay mas madaling kapitan ng mga epekto ng hindi pagkakaisa. Kasama dito ang parehong ordinaryong analog amplitude modulation at ang malawak na ginagamit na mga digital na scheme na kilala nang kolektibong bilang quadrature amplitude modulation (QAM).

Anggulo modulasyon

Kadalasan at pag-modulate ng phase encode ng impormasyon sa temporal na mga katangian ng ipinadala na signal, at dahil dito matatag sila laban sa ingay ng amplitude at amplifier na hindi pagkakaisa. 

Ang dalas ng isang senyas ay hindi mababago sa pamamagitan ng ingay o pagbaluktot. Ang karagdagang nilalaman ng dalas ay maaaring maidagdag, ngunit ang orihinal na dalas ay makikita pa rin. Ang ingay ay, siyempre, ay may negatibong epekto sa mga sistema ng FM at PM, ngunit ang ingay ay hindi direktang nasisira ang mga katangian ng signal na ginamit upang mai-encode ang baseband data.

Tulad ng nabanggit sa itaas, ang disenyo ng power-amplifier ay nagsasangkot ng isang trade-off sa pagitan ng kahusayan at pagkakasunud-sunod. Ang module ng anggulo ay katugma sa mga low-linearity amplifier, at ang mga low-linearity amplifier ay mas mahusay sa mga tuntunin ng paggamit ng kuryente. Kaya, ang modulasyon ng anggulo ay isang mahusay na pagpipilian para sa mga mababang sistema ng RF.

Bandwidth
Ang mga frequency-domain effects ng modyul ng amplitude ay mas prangka kaysa sa mga dalas at modulation ng phase. Maaari itong isaalang-alang na isang bentahe ng AM: mahalaga na ma-hulaan ang bandwidth na sinakop ng binagong signal.

Gayunpaman, ang kahirapan na mahulaan ang mga kamangha-manghang katangian ng FM at PM ay mas nauugnay sa teoretikal na bahagi ng disenyo. 

Kung nakatuon kami sa mga praktikal na pagsasaalang-alang, ang modyul ng anggulo ay maaaring isaalang-alang na kapaki-pakinabang dahil maaari itong isalin ang isang naibigay na baseband bandwidth sa isang medyo mas maliit (kumpara sa AM) paghahatid bandwidth.

Dalas kumpara sa Phase
Ang dalas ng modulation at modulation ng phase ay malapit na nauugnay; gayunpaman, may mga sitwasyon kung saan ang isang mas mahusay na pagpipilian kaysa sa iba pa. Ang mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawa ay mas malinaw na may digital modulation.

Analog Frequency at Phase Modulation
Tulad ng nakita namin sa pahina sa phase modulation, kapag ang signal ng baseband ay isang sinusoid, ang isang PM waveform ay isang simpleng bersyon ng isang kaukulang FM waveform. Kung gayon, hindi nakakagulat na walang pangunahing FM kumpara sa mga kalamangan ng PM at kahinaan na nauugnay sa mga kagila-gilalas na katangian o pagkamaramdamin sa ingay.

Gayunpaman, ang analog FM ay mas karaniwan kaysa sa analog PM, at ang dahilan ay ang modulation ng FM at demodulation circuitry ay mas diretso. 

Halimbawa, ang dalas na modulation ay maaaring maisakatuparan sa isang bagay na kasing simple ng isang osileytor na itinayo sa paligid ng isang inductor at isang capacitor na kinokontrol ng boltahe (ibig sabihin, isang kapasitor na nakakaranas ng mga pagkakaiba-iba ng kapasidad bilang tugon sa boltahe ng isang baseband signal).

Digital Frequency at Phase Modulation
Ang pagkakaiba sa pagitan ng PM at FM ay naging lubos na makabuluhan kapag pinapasok namin ang kaharian ng digital modulation. Ang unang pagsasaalang-alang ay medyo rate ng error. Malinaw na ang bit rate ng error ng anumang system ay depende sa iba't ibang mga kadahilanan, ngunit kung sa matematiko namin ihambing ang isang binary PSK system sa isang katumbas na sistemang binary FSK, nalaman namin na ang binary FSK ay nangangailangan ng makabuluhang mas nagpapadala ng enerhiya upang makamit ang parehong bit error rate. Ito ay isang bentahe ng digital phase modulation.

Ngunit ang ordinaryong digital PM ay mayroon ding dalawang makabuluhang kawalan.

Tulad ng napag-usapan sa pahina ng modyul ng phase ng digital, ang ordinaryong (ibig sabihin, hindi di-pagkakaiba-iba) PSK ay hindi katugma sa mga natanggap na noncoherent. Ang FSK, sa kaibahan, ay hindi nangangailangan ng magkakaugnay na pagtuklas.

Ang mga karaniwang scheme ng PSK, lalo na ang QPSK, ay nagsasangkot ng biglaang mga pagbabago sa phase na nagreresulta sa mga pagkakaiba-iba ng signal ng high-slope, at mga seksyon ng high-slope ng pagbaba ng alon sa amplitude kapag ang signal ay naproseso ng isang low-pass filter. 

Ang mga pagkakaiba-iba ng amplitude na pinagsama sa nonlinear amplification ay humantong sa isang problema na tinatawag na spectral regrowth. Upang mapagaan ang spectral regrowth maaari nating gamitin ang isang mas linear (at sa gayon hindi gaanong mahusay) na power amplifier o ipatupad ang isang dalubhasang bersyon ng PSK. O maaari tayong lumipat sa FSK, na hindi nangangailangan ng biglang pagbabago ng phase.

 

Dito maaari mong makita ang mga pagkakaiba-iba ng amplitude na sanhi ng mababang-pass na pagsala ng isang signal ng PSK.

Buod

* Ang modulasyon ng Amplitude ay simple, ngunit madaling kapitan ng ingay at nangangailangan ng isang high-linearity power amplifier.

* Ang dalas ng modulation ay hindi gaanong madaling kapitan sa ingay ng amplitude at maaaring magamit na may mas mataas na kahusayan, mga amplifier ng mas mababang linya.

* Ang module ng Digital phase ay nag-aalok ng mas mahusay na teoretikal na pagganap sa mga tuntunin ng bit error rate kaysa sa digital frequency modulation, ngunit ang digital FM ay kapaki-pakinabang sa mga mababang-kapangyarihan na mga sistema dahil hindi ito nangangailangan ng isang high-linearity amplifier.

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe