Kun elämme viestinnän aikakaudella, jolloin voimme helposti siirtää minkä tahansa tyyppistä tietoa (video-, ääni- ja muuta dataa) sähköisten signaalien muodossa mihin tahansa muuhun laitteeseen tai määrätylle alueelle. Vaikka havainnointikokemuksessamme on yleistä, että signaalien tai tietojen lähettäminen tai vastaanottaminen on yksinkertaista, mutta siihen liittyy melko monimutkaisia menettelyjä, mahdollisuuksia ja mukana olevia skenaarioita viestintäjärjestelmät . Joten viestintäjärjestelmien alueella modulaatiolla on ratkaiseva vastuu viestintäjärjestelmässä tietojen koodaamiseksi digitaalisesti analogisessa maailmassa. On erittäin tärkeää moduloida signaalit ennen niiden lähettämistä vastaanotinosaan suurempaa etäisyydensiirtoa, tarkkaa tiedonsiirtoa ja hiljaista datavastaanottoa varten. Selkeyden vuoksi meidän on sukelettava yksityiskohtaiseen käsitteeseen siitä, että tiedämme mikä on modulointi, sen eri tyypit ja mitkä ovat modulaatiotyypit modulointi viestintäjärjestelmissä käytetyt tekniikat.
Mikä on modulointi?
Modulaatio on prosessi, jolla muutetaan lähetettävän aallon ominaisuuksia asettamalla viestisignaali suurtaajuussignaalille. Tässä prosessissa video-, ääni- ja muut datasignaalit muokkaavat korkeataajuisia signaaleja - tunnetaan myös nimellä kantoaalto . Tämä kantoaalto voi olla DC tai AC tai pulssiketju käytetystä sovelluksesta riippuen. Yleensä korkeataajuista siniaaltoa käytetään kantoaaltosignaalina.
Nämä modulointitekniikat luokitellaan kahteen päätyyppiin: analoginen ja digitaalinen tai pulssimodulaatio . Ennen kuin keskustelemme edelleen erityyppisistä modulaatiotekniikoista, ymmärretään moduloinnin merkitys.
Miksi modulointia käytetään viestinnässä?
- Modulaatiotekniikassa sanomasignaalin taajuus nostetaan alueelle niin, että se on hyödyllisempi lähetykseen. Seuraavat kohdat kuvaavat modulaation merkitystä viestintäjärjestelmässä.
- Sisään signaalin siirto , signaalit eri lähteistä lähetetään yhteisen kanavan kautta samanaikaisesti multipleksereiden avulla. Jos nämä signaalit lähetetään samanaikaisesti tietyn kaistanleveyden kanssa, ne aiheuttavat häiriöitä. Tämän voittamiseksi puhesignaalit moduloidaan eri kantoaaltotaajuuksille, jotta vastaanotin virittää ne haluamalleen haluamalleen kaistanleveydelle lähetysalueella.
- Toinen tekninen syy on antenni antennin koko on kääntäen verrannollinen säteilyn signaalin taajuuteen. Antenniaukon koon järjestys on vähintään yksi kymmenesosa signaalin aallonpituudesta. Sen koko ei ole käytännöllinen, jos signaali on 5 kHz, joten taajuuden nostaminen moduloimalla vähentää varmasti antennin korkeutta.
- Modulaatio on tärkeä signaalien siirtämiseksi suurille etäisyyksille, koska matalataajuisia signaaleja ei ole mahdollista lähettää pidemmille matkoille.
- Vastaavasti modulaatio on myös tärkeää, jotta käyttäjille voidaan jakaa enemmän kanavia ja lisätä melun vastustuskykyä.
Aloita tietää modulaatiotekniikoiden yksityiskohtaisista tiedoista ilmoittamalla meille niiden tyypeistä signaalit modulointiprosessissa .
Moduloiva signaali
Tätä signaalia kutsutaan myös sanomasignaaliksi. Se sisältää tiedot, jotka on lähetettävä, joten tätä kutsutaan sanomasignaaliksi. Sitä pidetään kantataajuussignaalina, jossa se käy läpi modulointiprosessin lähetystä tai kommunikointia varten. Tämän vuoksi se on moduloiva signaali.
Kantoaaltosignaali
Tämä on korkea taajuussignaalin alue, jolla on tietyt amplitudi-, taajuus- ja vaihetasot, mutta se ei sisällä dataa. Joten sitä kutsutaan kantoaaltosignaaliksi, koska se on tyhjä. Tätä käytetään yksinkertaisesti viestin lähettämiseen vastaanotinosaan modulointiprosessin jälkeen.
Moduloitu signaali
Seuraavaa signaalia, joka saadaan modulointimenettelyn jälkeen, kutsutaan moduloiduksi signaaliksi. Tämä on sekä kantoaallon että moduloivan signaalin tulos.
Erilaiset modulaatiotyypit
Kaksi modulaatiotyyppiä: analoginen ja digitaalinen modulaatiotekniikka on jo keskusteltu. Molemmissa tekniikoissa kantataajuusinformaatio muunnetaan radiotaajuussignaaleiksi, mutta analogisessa modulaatiossa nämä RF-viestintä signaalit ovat jatkuva arvoalue, kun taas digitaalisessa modulaatiossa nämä ovat ennalta järjestettyjä erillisiä tiloja.
Modulaation tyypit
Analoginen modulaatio
Tässä modulaatiossa jatkuvasti vaihtelevaa siniaaltoa käytetään kantoaallona, joka moduloi sanomasignaalia tai datasignaalia. Sinimuotoisen aallon yleinen toiminto on esitetty alla olevassa kuvassa, jossa kolmea parametria voidaan muuttaa moduloinnin saamiseksi - ne ovat pääasiassa amplitudia, taajuutta ja vaihetta, joten analogisen modulaation tyypit ovat:
- Amplitudimodulaatio (AM)
- Taajuusmodulaatio (FM)
- Vaihemodulaatio (PM)
Sisään amplitudimodulaatio , kantoaallon amplitudia vaihdellaan suhteessa viestisignaaliin, ja muut tekijät, kuten taajuus ja vaihe, pysyvät vakioina. Moduloitu signaali on esitetty alla olevassa kuvassa, ja sen spektri koostuu alemmasta taajuuskaistasta, ylemmästä taajuuskaistasta ja kantotaajuuskomponenteista. Tämän tyyppinen modulaatio vaatii suurempaa kaistanleveyttä, enemmän virtaa. Suodatus on tässä modulaatiossa erittäin vaikeaa.
Analogisen modulaation tyypit
Taajuusmodulaatio (FM) muuttaa kantoaallon taajuutta suhteessa viestiin tai datasignaaliin pitäen muut parametrit vakioina. FM: n etu AM: ään nähden on suurempi melun vaimennus FM-kaistanleveyden kustannuksella. Sitä käytetään sovelluksissa, kuten radio, tutka, telemetrinen seisminen etsintä ja niin edelleen. Tehokkuus ja kaistanleveydet riippuvat modulaatioindeksistä ja suurimmasta modulointitaajuudesta.
Sisään vaihemodulaatio , kantoaaltovaihetta vaihdellaan datasignaalin mukaisesti. Tämän tyyppisessä modulaatiossa vaihetta vaihdettaessa se vaikuttaa myös taajuuteen, joten tämä modulointi kuuluu myös taajuusmodulaatioon.
Analoginen modulaatio (AM, FM ja PM) on herkempi melulle. Jos melu pääsee järjestelmään, se jatkuu ja kulkeutuu lopulliseen vastaanottimeen asti. Siksi tämä haittapuoli voidaan voittaa digitaalisella modulointitekniikalla.
OLEN
Digitaalinen modulaatio
Parempaa laatua ja tehokasta viestintää varten käytetään digitaalista modulointitekniikkaa. Digitaalisen modulaation tärkeimpiä etuja analogiseen modulaatioon verrattuna ovat sallittu teho, käytettävissä oleva kaistanleveys ja korkea melunkestävyys. Digitaalisessa modulaatiossa sanomasignaali muunnetaan analogisesta digitaaliseksi sanomaksi ja moduloidaan sitten kantoaallon avulla.
Kantoaalto avainnetaan tai kytketään päälle ja pois päältä pulssien luomiseksi siten, että signaali moduloidaan. Analogisen tavoin tässä parametrit, kuten kantoaallon amplitudi, taajuus ja vaihemuutos, päättävät digitaalisen modulaation tyypin.
digitaalisen modulaation tyypit perustuvat käytetyn signaalin ja sovelluksen tyyppiin, kuten amplitudinvaihtoavaus, taajuussiirtonäppäimistö, vaihesiirtoavain, differentiaalivaiheenvaihtoavaus, kvadratuurivaiheenvaihtoavaus, vähimmäissiirtonäppäin, Gaussin vähimmäissiirtonäppäimistö, ortogonaalinen taajuusjakoinen multipleksointi jne. , kuten kuvassa on esitetty.
Amplitudinsiirron näppäimistö muuttaa kantoaallon amplitudia kantataajuussignaalin tai sanomasignaalin perusteella, joka on digitaalisessa muodossa. Sitä käytetään matalien kaistojen vaatimuksiin ja se on herkkä melulle.
Taajuudensiirtoavaimessa kantoaallon taajuutta vaihdellaan jokaiselle digitaalisessa datassa olevalle symbolille. Se tarvitsee suurempia kaistanleveyksiä kuvan osoittamalla tavalla. Vastaavasti vaihesiirtoavain muuttaa kantajan vaihetta kullekin symbolille ja se on vähemmän herkkä melulle.
Taajuusmodulaatio
Taajuusmoduloidun aallon luomiseksi radioaallon taajuutta vaihdetaan tulosignaalin amplitudin mukaisesti.
Taajuusmodulaatio
Kun ääniaalto moduloidaan radiotaajuuden kantoaaltosignaalin kanssa, muodostettu taajuussignaali muuttaa taajuustasoaan. Variaatio, jolla aalto liikkuu ylöspäin ja alaspäin, on huomattava. Tätä kutsutaan poikkeamaksi ja sitä edustaa yleensä kHz-poikkeama.
Esimerkiksi, kun signaalin poikkeama on joko + tai - 3 kHz, se esitetään muodossa ± 3 kHz. Tämä tarkoittaa, että kantoaaltosignaalin poikkeama ylös ja alas on 3 kHz.
Lähetysasemat, jotka tarvitsevat erittäin suurtaajuusaluetta taajuusspektrissä (alueella 88,5 - 108 MHz), tarvitsevat varmasti suuren määrän poikkeamaa, joka on lähes ± 75 kHz. Tätä kutsutaan laajakaistaiselle taajuusmodulaatiolle. Tämän alueen signaaleilla on kyky auttaa lähetysten korkeaa laatua, vaikka ne vaativat myös suurempaa kaistanleveyttä. Yleensä 200 kHz on sallittu jokaiselle WBFM: lle. Ja kapeakaistaiselle FM: lle riittää ± 3 kHz: n poikkeama.
FM-aallon toteuttamisen aikana on edullisempaa tietää modulaation tehokkuusalue. Tämä on parametri sellaisten tekijöiden ilmoittamisessa, kuten signaalin tyypin tuntemisessa, onko laajakaista vai kapeakaistainen FM-signaali. Se auttaa myös varmistamaan, että kaikki järjestelmässä olevat vastaanottimet tai lähettimet on ohjelmoitu mukautumaan standardoituun modulointialueeseen, koska tämä osoittaa vaikutuksen tekijöihin, kuten kanavaväli, vastaanottimen kaistanleveys ja muut.
Joten modulointitason osoittamiseksi on määritettävä modulaatioindeksi ja poikkeamasuhteen parametrit.
Eri taajuusmodulaation tyypit Sisällytä seuraavat.
Kapeakaistainen FM
- Tätä kutsutaan taajuusmodulaation tyypiksi, jossa modulaatioindeksiarvo on liian pieni.
- Kun modulaatioindeksin arvo on<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.
- Suurin modulointitaajuusalue on 3 kHz
- Suurin taajuuspoikkeama on 75 kHz
Laajakaistainen FM
- Tätä kutsutaan taajuusmodulaation tyypiksi, jossa modulaatioindeksin arvo on suuri.
- Kun modulaatioindeksiarvo on> 0,3, silloin on enemmän kuin kaksi sivukaistaa, joiden kaistanleveys on kaksi kertaa moduloiva signaali. Kun modulaatioindeksiarvo kasvaa, sivukaistojen määrä kasvaa. Joten β> 0,3 kutsutaan kapeakaistaisen taajuuden moduloinniksi.
- Suurin modulointitaajuuksien alue on välillä 30 Hz - 15 kHz
- Suurin taajuuspoikkeama on 75 kHz
- Tämä taajuusmodulaatio tarvitsee suuremman kaistanleveyden, joka on lähes 15 kertaa kapeakaistaisen taajuusmodulaation edellä.
Muita viestintäjärjestelmässä käytettyjä modulaatiotekniikoita ovat:
- Binaarinen vaihesiirto
- Differentiaalinen vaihesiirtoavain
- Differentiaalinen kvadratuurivaiheensiirto
- Offset-kvadratuurivaiheensiirto
- Audio FSK
- Multi FSK
- Kaksisävyinen FSK
- Pienin muutosavain
- Gaussin vähimmäisvaihdon näppäily
- Säleikoodattu modulaatiotyyppi
Eri tyyppisten modulaatioiden edut
Lähetystarkoituksia varten antenni on oltava erittäin suuri, ennen kuin modulointitekniikkaa ei ehdotettu. Viestinnän tasoa rajoitetaan, koska ei tule kaukoliikennettä, jossa ei ole vääristymiä.
Joten moduloinnin kehityksen myötä hyödyntämisellä on monia etuja viestintäjärjestelmät . Ja moduloinnin edut ovat:
- Antennin kokoa voidaan pienentää
- Signaalin konsolidointia ei tapahdu
- Viestintäaluetta parannetaan
- Siellä on mahdollisuus multipleksoida
- Kaistanleveyttä voidaan säätää vaatimusten mukaisesti
- Vastaanoton laatu paranee
- Parempi suorituskyky ja tehokkuus
Erilaisten modulaatiotyyppien sovellukset
Eri modulointitekniikoita on laaja ja ne ovat:
- Toteutettu musiikin sekoittamiseen ja magneettinauhojen tallennusjärjestelmiin
- Vastasyntyneiden lasten EEG-seurannan seuraamiseksi
- Käytetään telemetriassa
- Käytetty tutka
- FM-lähetystekniikat
Tämän artikkelin monimutkaisuuden välttämiseksi jotkin matemaattiset yhtälöt ja perusteelliset tiedot digitaalisista viestintäjärjestelmistä on vapautettu siitä. Tämän artikkelin julkaisemiseksi tehdyt ponnistelut takaavat kuitenkin perustiedot eri aiheista tietyntyyppiset modulaatiot viestintäjärjestelmässä . Lisäksi on tärkeämpää saada selkeä käsitys siitä, mitkä ovat
