مدولاسیون های دیجیتال
Download
Report
Transcript مدولاسیون های دیجیتال
بخش سوم
مدوالسیونهای دیجیتال
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 1
مقدمه
بهره مندی کامل از محیطهای انتقال بوده و لذا،انگیزۀ اصلی استفاده از مدوالسیون
میتوان عوامل تاثیر گذار بر این بهره مندی را که مالک انتخاب روشهای مدوالسیون
: بصورت زیر طبقه بندی نمود،میگردد
:بر اساس نوع پیام مورد نظر برای ارسال
.1
voice/video (analog source)
data (digital source, machine-to-machine communications)
traffic statistics: continuous / bursty traffic
.میزان تاخیری که مجاز هستیم
.2
.نوع محیط انتقالی که در اختیار داریم
.3
: نظیر، نوع شبکۀ مورد استفاده،در کاربردهای شبکه ائی
.4
cellular wireless networks (GSM, AMPS*)
RF-LANs (802.11b Wi-Fi, HiperLAN /2)
wire-line local area networks (Ethernet LANs)
public switched telephone network (PSTN)
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide
2
انواع شیوه های مدوالسیون دیجیتال
با مالحظه سیگنال رادیوئی حامل در فرم کلی میتوان شیوه های مختلفی از مدوالسیون
دیجیتال نظیر آنچه در آنالوگ داشتیم طبق شکل زیر تعریف نمائیم:
Slide 3
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
مدوالسیون دامنۀ دیجیتال )1( ASK
در مدوالسیون دامنۀ یا ،ASKاطالعات مدوله کننده داده های باینری 0و 1بوده و چون
کاریر وابسته به وضعیت داده 0یا 1بین دو وضعیت سوئیچ میشود بنام ”مدوالسیون
کلیدزنی “on/offنیز شناخته میشود.
" A cos 2f C t : "1
; xC (t ) C
": "0
0
"" RZ Data input
Slide 4
" AC cos 2f C t : "1
xC (t )
" AC cos 2f C t : "0
"" RZ Data input
Amplitude Shift Keying
)(ASK) , On Off Keying (OOK
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
)2( ASK مدوالسیون دامنۀ دیجیتال
Unipolar
1
0
ASK
1
1
VASK(t)
0
Vm(t)
Vm(t) : input signal (digital)
Vc(t)
Vc(t) : carrier signal
VASK(t) : output signal
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
5
)3( ASK مدوالسیون دامنۀ دیجیتال
حوزه زمان
حوزه فرکانس
Carrier
Amplitud, V
f(Hz)
fc
X
Unipolar
1
0
1
Amplitud, V
1
0
f(Hz)
Rb 3Rb 5 Rb
ASK
=
Amplitud, V
fc 5Rb
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
fc 5Rb
f(Hz)
6
ASK پهنای باند مدوالسیون دامنۀ دیجیتال
BWASK = RS = Rb = 2fm
fm
fS =2 fm
Rb = 1bit x fS =2fm
:برای سیگنالهای غیر پریودیک
: Max Frequency of input signal (Analogue)
: Min Sampling Frequency of input signal
: Min Bit Rate of input signal after 1 bit quantization (digital)
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
7
ارزیابی سیستم ASK
مزیتها
آسانی انجام مدوالسیون
بطور وسیعی در انتقال بوسیله فیبر نوری استفاده میشود.
معایب
حساس در برابرتضعیف سیگنال (ناکارآمدی در ارتباط دهی بین نقاط دور از هم).
محدودیت نرخ بیت
Slide
Slide88
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
مدوالسیون فرکانس دیجیتال FSK
در مدوالسیون فرکانس یا ،FSKفرکانس کاریر وابسته به وضعیت داده ورودی 0یا 1بین
دو وضعیت فرکانس ی مختلف fHi=fC+fو ( fLow=fC-fحول کاریر)سوئیچ میشود :
": "1
": "0
Slide 9
AC cos 2f Hi t
xC (t )
AC cos 2f Low t
)Frequency Shift Keying (FSK
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
FSK پهنای باند مدوالسیون دامنۀ دیجیتال
BWFSK =2(Rb+f )
fm
fS =2 fm
Rb = 1bit x fS =2fm
:برای سیگنالهای غیر پریودیک
: Max Frequency of input signal (Analogue)
: Min Sampling Frequency of input signal
: Min Bit Rate of input signal after 1 bit quantization (digital)
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
10
مثال
سیگنال FSKائی با دو فرکانس 51kHzو 49kHzسیگنال مدوله شده دیجیتالی را ایجاد می
کند،نرخ بیت را 2kbpsفرض نمایید ،مطلوبست:
.1محل فرکانس کاریر
.2میزان انحراف فرکانس
.3پهنای باند
Baud rate .4
1. fC = |(49 kHz + 51 kHz)|/2 = 50 kHz
2. f:
f = |(49 kHz – 51 kHz)|/2 = 1 kHz
3. bandwidth:
BW = 2[1 + 2] = 6 kHz
4. Baud = fb / 1 = 2000 / 1 = 2000 symbol/s
11
8 April 2015
کاربردهای متداول شیوه FSK
مدم ها)(Modulator/demodulator
مخابرات موبایل(سلولی)
ارتباطات (HFدر رنج )3-30 MHz
انتقال دیتا بر روی خطوط قدرت
شبکه های خانگی دیتا با نرخ بیت باالی 14Mbps
تلفنهای Touch Tone
Slide
Slide12
12
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
ارزیابی سیستم FSK
مزیتها
برخورداری از تضعیف کمتر سیگنال در مقایسه با شیوه ASK
تاثیر پذیری کمتری از نویز نسبت به ASKدارد.
معایب
غلبه نویز) (prone to noiseدر استفاده این شیوه برای ارتباطات دور(حدود
1kmبه باال)
توانایی صرفا برای انتقال با نرخ بیت نسبتا پایین)(baud rate 4800bps
Slide
Slide13
13
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
انواع هم خانواده های مدوالسیون FSK
) MFSK (Multi or M-Array FSK
) DFSK (Double or Binary FSK
) dFSK (distributed
) GFSK (Gaussian
این شیوه مدوالسیون FSKائی است که از فیلترهای گاوس ی شکلی بمنظور شکل دهی پالسهای FSKو
در نهایت آرام نمودن شکل نهایی حوزه زمان موج نهایی و در نهایت کاهش موثر پهنای باند ،بهره
میبرد(چراکه بطور تئوری پهنای باند FSKنامحدود است).مدارات مجتمع بلوتوث موجود از شیوه
مدوالسیون GFSKاستفاده می کنند.
) CP-FSK (Continuous Phase
Slide 14
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
مقایسه مدوالسیونهای ASKو FSK
دالیل توجیهی و مواردی که توصیه میشود شیوه ASK
انتخاب شود:
دالیل توجیهی و مواردی که توصیه میشود شیوه FSK
انتخاب شود:
oکاربردهای قدرت پایین
oکاربردهای که ارزانی قیمت مالک است.
oمواردی که سادگی ساخت مد نظر است(مصارف
عمومی و غیر نظامی
oکاربردهای فرکانس باال
oامکان بروز تداخل با سایر سیگنالها /آلودگی نویز
باال
• ضرورت بکارگیری کریستال در FSKو معایب آن (نیاز به سیستم پایدار کنندة
حرارتی و شکنندگی) سبب برتری نسبی ASKگردیده است.
• گیرنده FSKاز آستانه حداقل حساسیتی در مقابل ASKاز نظر پرفورمنس
خوب نویز برخوردار بوده که البته بهای آنرا با اشغال پهنای باند پانزده برابر
بیشتر از ASKپرداخته است.
Slide 15
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
مدوالسیون فاز دیجیتال PSK
در مدوالسیون فاز یا ،PSKکاریر وابسته به وضعیت داده ورودی 0یا 1بین دو وضعیت
فازی مختلف(بهترین و ایمن ترین از نظر تشخیص در گیرنده دو فاز متقابل 0و 180oمیباشد) سوئیچ
میشود بطوریکه اگر بیت وارده به مدوالتور تغییر حالت نداد فاز کاریر بدون تغییر باقی
میماند ،ولی با تغییر بیت (حال از 1به 0یا از 0به 1باشد) فاز کاریر تغییر می کند: .
Phase-Shift Keying
Slide 16
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
PSK پهنای باند مدوالسیون دامنۀ دیجیتال
BWPSK = Rb = 2BWbaseband
BWbaseband
fS =2 BWbaseband
:برای سیگنالهای غیر پریودیک
: Max Frequency of input signal (Analogue)
: Min Sampling Frequency of input signal
Rb = 1bit x fS =2 BWbaseband
(digital)
: Min Bit Rate of input signal after 1 bit quantization
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
17
مثال
: مطلوبست، مفروض است10Mbps و نرخ بیت ورودی70MHz ائی با فرکانس کاریرPSK سیگنال
) مینیمم پهنای باند1
) ماکزیمم و مینیمم فرکانسهای باند کناری2
Rb
Bbaseband
5 MHz. Minimum WBPSK 2 Bbaseband 10 MHz.
2
WBPSK
Maximum side frequency: f c
75 MHz.
2
W
Minimum side frequency: f c BPSK 65 MHz.
2
ویژ گیهای BPSK
BPSK
باینری ،PSKدر این نوع چنانچه بیت ورودی ” “0باشد یک موج سینوس ی در خروجی مدوالتور ایجاد شده و
برای بیت ” “1سینوس ی با دامنه منفی) (inverted sine waveتولید می گردد.
از ویژگی های بارز این نوع میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
oساده ترین نوع PSK
oراندمان طیف پایین
oمناسب برای سیستمهایی نظیر ارتباطات ماهواره ائی
Slide 19
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
ارزیابی سیستم BPSK
مزیتها
مصونیت باال در برابر نویز ،فیدینگ ،همشنوائی و انواع دیگر تداخل
برای اینکه گیرنده یک تصمیم اشتباه بگیرد منوط به بروز یک اعوجاج شدید میباشد.
معایب
تنها قادر است یک بیت بر نمونه را مدوله سازد.
نامناسب برای کاربردهای با نرخ بیت باال
گرانی اجراء این تکنولوژی
20
Slide 20
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh