Сравнение нескольких распространенных методов модуляции беспроводных модулей.

В настоящее время на рынке существует множество типов распространенных беспроводных модулей. Различия между ними часто отражаются на поддерживаемой частоте, максимальной скорости, методе модуляции, энергопотреблении и т. д. В этой статье сравниваются несколько методов модуляции, обычно используемых в беспроводных модулях.

Определение ASK

ASK – это сокращение от Amplitude Shift Keyingmodulation. Например, двоичные символы, а двоичные символы 0 и 1 представлены разными амплитудами соответственно, что является ASK.

«Амплитудная манипуляция», также известная как «Амплитудная манипуляция», называется ASK и является распространенным методом модуляции. Если возможное состояние сигнала цифровой модуляции соответствует двоичному информационному символу или соответствующему состоянию сигнала основной полосы частот взаимно однозначно, модулированный сигнал называется сигналом двоичной цифровой модуляции. Манипулирование двоичными информационными символами называется бинарной амплитудной манипуляцией и обозначается 2ASK.

Схема манипуляции сдвигом

В режиме «амплитудной манипуляции» при появлении «1» несущая с амплитудой А включается, а при появлении «0» несущая отключается. Это эквивалентно перемещению исходного спектра модулирующего сигнала (последовательности импульсов) в сторону.

Амплитудная манипуляция (ASK) эквивалентна амплитудной модуляции аналогового сигнала, за исключением того, что это двоичное число, умноженное на сигнал несущей частоты. При сдвиге амплитуды частота и фаза используются как константы, а амплитуда – как переменные. Информационные биты передаются посредством амплитуды несущей. Двоичная амплитудная манипуляция (2ASK), поскольку сигнал модуляции имеет только два уровня: 0 или 1, результат умножения эквивалентен выключению или включению несущей частоты. Практическое значение состоит в том, что когда модулированный цифровой сигнал равен «1», передается несущая; когда модулированный цифровой сигнал равен «0», несущая не передается. Принцип показан на рисунке 1, где s(t) — прямоугольный импульс основной полосы частот. Косинусоидальные сигналы обычно используются для сигналов несущей, а модулированные сигналы используются для преобразования цифровых последовательностей в однополярные последовательности прямоугольных импульсов основной полосы частот, и роль этой манипуляции состоит в умножении этого выходного сигнала на несущую для сдвига спектра к несущей частоте. Рядом реализуйте 2ASK. Реализованная форма сигнала 2ASK показана на рисунке 2.

Форма сигнала 2ASK

Самая простая и наиболее часто используемая форма амплитудной манипуляции для этого метода модуляции - это переключение. Наличие несущей обозначается цифрой «1», а отсутствие несущей обозначается цифрой «0». Этот тип модуляции называется двухпозиционной манипуляцией (OOK), и это наиболее энергоэффективный метод модуляции, поскольку он излучает энергию только при отправке «1». Амплитудная манипуляция требует высокого отношения сигнал/шум для демодуляции сигнала, поскольку в соответствии с ее характеристиками большинство сигналов передаются с очень малой мощностью. Преимущества модулированной радиочастотной системы ASK заключаются в том, что структура передающего и приемного оборудования проста, а энергопотребление относительно низкое. К сожалению, полоса пропускания, занимаемая системой модуляции ASK/OOK, составляет менее 500 кГц или пиковая плотность. не попадет в диапазон, требуемый «системой цифровой модуляции». Это показывает, что мощность передачи системы модуляции ASK/OOK ограничена 50 мВ/м, или необходимо использовать некоторую технологию FHSS для удовлетворения требований пункта 15.247 FCC. 

ОК

Вкл.-Выкл.

OOK — это частный случай модуляции ASK. Если одна амплитуда равна 0, а другая ненулевая, все в порядке. Двоичная двухпозиционная манипуляция (OOK: двухпозиционная манипуляция), также известная как двоичная амплитудная манипуляция (2ASK), представляет собой униполярную кодовую последовательность без возврата к нулю для управления открытием и закрытием синусоидальной несущей. Этот метод модуляции появился раньше, чем метод аналоговой модуляции, и радиопередача с кодом Морзе использует этот метод модуляции. Противошумовые характеристики OOK не так хороши, как у других методов модуляции, поэтому этот метод модуляции не используется в современной спутниковой связи и цифровой микроволновой связи. Однако, поскольку метод модуляции прост в реализации, в волоконно-оптических системах связи широко применяется метод амплитудной манипуляции. Метод анализа этого метода модуляции является базовым, поэтому вы можете изучить основную теорию цифровой модуляции из статьи «Метод модуляции OOK».

FSK (частотная манипуляция)

Угловая модуляция, при которой частота синусоидального колебания изменяется между набором дискретных значений, где каждое дискретное значение представляет характерное состояние модулированного сигнала с разнесением по времени.

Прикладные дисциплины: коммуникационные технологии (дисциплина первого уровня); принципы коммуникации и базовые технологии (средняя дисциплина)

При частотной манипуляции используются два генератора с разными частотами F1 и F2 для представления сигналов 1 и 0. Используйте 1 и 0 цифрового сигнала для управления двумя независимыми источниками колебаний для попеременного вывода. Для модуляции с двоичной частотной манипуляцией эффективная полоса пропускания равна B = 2xF + 2Fb, где xF — полоса пропускания двоичного сигнала базовой полосы и максимальное смещение частоты сигнала FSK. Поскольку полоса пропускания цифрового сигнала равна значению Fb, клавиша двоичного сдвига частоты. Полоса пропускания сигнала управления относительно велика, а использование полосы частот невелико.

ГФСК

Частотная манипуляция по Гауссу GFSK-частотная манипуляция по Гауссу представляет собой гауссов фильтр нижних частот перед модуляцией для ограничения ширины спектра сигнала.

Принцип модуляции

Модуляция с частотной манипуляцией по Гауссу GFSK — это метод цифровой модуляции, при котором входные данные предварительно модулируются и фильтруются гауссовским фильтром нижних частот, а затем модулируются FSK. Поддерживая постоянную амплитуду, он может управлять спектром модулированного сигнала, изменяя полосу пропускания гауссовского фильтра нижних частот на 3 дБ. Он обладает характеристиками, необходимыми для систем беспроводной связи, такими как огибающая постоянной амплитуды, концентрированный спектр мощности и узкий спектр. Поэтому технология модуляции и демодуляции GFSK широко используется во многих областях, таких как мобильная связь, авиационная и морская связь.

Модуляцию GFSK можно разделить на прямую модуляцию и квадратурную модуляцию.

Прямая модуляция

Прямая модуляция предназначена для непосредственной имитации частотной модуляции несущей RF после фильтрации цифрового сигнала с помощью низкочастотной гауссовской фильтрации. Когда индекс модуляции частотного модулятора равен 0,5, это хорошо известная модуляция GMSK (гауссовская минимальная частотная манипуляция), поэтому модуляцию GMSK можно рассматривать как частный случай модуляции GFSK. В некоторых источниках метод модуляции GFSK с различным произведением BT и индексом модуляции называется GMSK/FM, что фактически отмечает тот факт, что этот метод не может называться GMSK, когда индекс модуляции не равен 0,5.

Хотя метод прямой модуляции прост, поскольку сигнал модуляции обычно добавляется к ГУН синтезатора частоты ФАПЧ, его собственная характеристика верхних частот контура приводит к потере низкочастотной составляющей сигнала модуляции. Поэтому для получения идеальных характеристик модуляции GFSK предлагается метод прямой частотной модуляции, называемый двухточечной модуляцией. В этом методе сигнал модуляции делится на две части: одна часть добавляется к концу ГУН ФАПЧ в соответствии с обычным методом частотной модуляции, а другая часть добавляется к концу основного генератора ФАПЧ. не находится в контуре обратной связи управления, его можно модулировать низкочастотной составляющей сигнала. Таким образом, сгенерированный составной сигнал GFSK имеет спектральные характеристики, которые можно расширить до постоянного тока, а чувствительность модуляции в основном является постоянной, на которую не влияет полоса пропускания контура. Однако двухточечная модуляция увеличивает сложность управления индексом модуляции GFSK.

Квадратурная модуляция

Ортогональная модуляция — это метод косвенной модуляции. В этом методе цифровой сигнал подвергается низкочастотной фильтрации Гаусса и соответствующей операции фазового интегрирования, а затем делится на две части: синфазную и квадратурную. Синфазная и квадратурная составляющие несущей умножаются соответственно, а затем синтезируется сигнал GFSK. Условно говоря, физическая концепция этого метода ясна, а также позволяет избежать повреждения спектральных характеристик сигнала при прямой модуляции. С другой стороны, управление параметрами GFSK может быть реализовано в гауссовском фильтре с калибровочным коэффициентом, и на него не влияет последующая схема частотной модуляции, поэтому управление параметрами проще. По этой причине обработка модулирующего сигнала квадратурного модема GFSK особенно подходит для цифровой реализации.

Часть контента взята из Интернета. Если есть какие-либо нарушения, свяжитесь с нами.