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 2f C t : "1‬‬
‫‪; xC (t )   C‬‬
‫"‪: "0‬‬
‫‪0‬‬
‫"‪" RZ Data input‬‬
‫‪Slide 4‬‬
‫"‪ AC cos 2f C t : "1‬‬
‫‪xC (t )  ‬‬
‫"‪ AC cos 2f 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 2f Hi t‬‬
‫‪xC (t )  ‬‬
‫‪ AC cos 2f 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