Arhitektura raunarskih mrea

Logika kola

JU SREDNJA ELEKTROTEHNIKA KOLAVASO ALIGRUDI PODGORICA

STRUNI RAD

DIGITALNE MODULACIJEMentor : Uenik:dipl.ing.el.Slavica Jovanovi arko Radovi S4gPodgorica, Maj 2015.S A D R A J

StranaUvod 31. Modulacija42. Digitalna modulacija52.1. Fazna modulacija (PSK)6 2.1.1. BPSK Modulacija82.2. Amplitudna modulacija (ASK)102.3. Frekventna modulacija (FSK)12Literatura14

UvodPatentiranjem postupka impulsne kodovane modulacije (Pulse-Code Modulation- PCM ), od strane Aleka Rivsa 3. oktobar 1939g., postavljen je koncept prenosa kontinualnih signala digitalnim postupkom. Treba naglasiti, meutim, da je digitalni postupak prenosa diskretnih signala (telegrafija) starijeg datuma od analognog postupka prenosa kontinualnog signala (telefonija) i da su oba postupka bila dobro poznata i uvedena u telekomunikacije jo u XIX vijeku, ali su smatrani dijametralno razliitim i nespojivim. Tek sa pojavom Aleksa Rivsa, pokazano je da se i kontinualan signal moe preneti u digitalnom obliku, ukoliko se nad kontinualnim signalom izvre operacije odmjeravanja i kvantovanja, tj. one operacije koje ovek normalno obavlja kada predstavlja kontinualne pojave konanim nizom odmerenih i zaokruenih vrednosti.

Od tada pa do danas, nauka i tehnika su pomerile i pomjeraju granice mogueg, tako da se savrijemeni ivot ne moe zamisliti bez kompjutera i mobilnog telefona koji, naravno, za svoj rad koriste ba digitalne signale i digitalne modulacije signala.

Digitalna modulacija je proces gdje se digitalni signal transformie u talasne oblike koji su kompatibilni sa karakteristikama kanala. Za sluaj modulacije osnovnog opsega, ovi talasni oblici su obino impulsnog oblika. Ali u sluaju modulacije propusnog opsega, impulsni oblici su modulisani u sinusoidi visoke frekvencije, reda nekoliko stotina MHz, koja se naziva nosei talas ili jednostavno nosilac i obino se oznaava kao cos(ct).1. ModulacijaKomunikacioni kanali kao to su telefonske linije, obino su analogni medijumi. Analogni medijum je komunikacioni kanal sa ogranienim propusnim opsegom. U sluaju telefonskih linija korisni frekventni propusni opseg je od 300 Hz do 3300 Hz. Komunikacija podataka znai pomjeranje digitalnih informacija sa jednog na drugo mjesto putem komuniakcionih kanala. Te digitalne informacije su u obliku pravougaonih impulsa i sa znaenjima "0" i "1". Ako se takvi digitalni signali prenose po analognom medijumu, on e izobliiti njihove pravougaone impulse. Prijemnik koji prima te izobliene signale nee biti u stanju da tano ih tano interpretira. Reenje je da se ti digitalni signali pretvore u analogne signale, da bi komunikacioni kanal mogao da ih pouzdano prenese sa jednog mesta na drugo. Tehnika koja omoguava to pretvaranje se naziva "modulacija". Modulacija je tehnikamenjanja nekih osnova analognog signala na poznat nain, da bi se kodirala informacija u tom osnovnom signalu. Svaka merljiva osobina analognog signala moe da se upotrebi za prenos informacije menjanjem te osobine na neki poznat nain, a zatim detektovanjem tih promjena na prijemnom kraju. Signal koji je modulisan se zove signal nosilac, jer on nosi digitalnu informaciju sa jednog na drugi kraj komunikacionog kanala. Ureaj koji menja signal na predajnom kraju komunikacionog kanala se zove "modulator". Uredjaj na prijemnom kraju kanala, koji detektuje digitalnu informaciju iz modulisanog signala se zove "demodulator".

2. Digitalna modulacijaDigitalna modulacija analognog signala predstavlja grupu modulacionih tehnika koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu koristi promenu amplitude, frekvencije ili faze noseeg signala.

Najstandardniji nain korienja ovih transformacija sreemo kod prenosa digitalnih podataka preko javne telefonske mree (PSTN) koje nisu direktno prilagoene za prenos digitalnih signala. Telefonska mrea je projektovana za prijem, komutaciju, i prenos analognih signala govora u opsegu od 300 Hz do 3400 Hz. U tom sluaju se vri povezivanje digitalne opreme na telefonsku mreu preko modema. Zadatak modema je da konvertuje digitalne podatke u analogne signale, i obratno. Kada se govori o telefonskoj mrei, modemi se koriste za generisanje signala u govornom frekventnom opsegu, ali se iste osnovne tehnike koriste i od strane modema koji generiu signale na viim frekvencijama (recimo mikrotalasni).

Za postupak modulacije mogu biti iskoriene 3 karakteristike koje sinusoida nosioca poseduje: amplituda, frekvencija ili faza. Nekada se koristi i njihova meusobna kombinacija.

U zavisnosti koja je od karakteristika sinusoide izabrana modulacija propusnog opsega moe biti:

1. Amplitudska modulacija ili ASK

2. Frekventna modulacija ili FSK

3. Fazna modulacija ili PSK

Izbor metoda modulacije odluujue utie na lakou implementacije, toleranciju na smetnje i zauzetost irine opsega kanala odgovarajueg modema propusnog opsega za prenos podataka. Ispod se nalazi slika koja pokazuje kako su na osnovu nosee uestalosti dodeljeni propusni opsezi razliitim komunikacionim servisima.

2.1. Fazna modulacija (PSK)PSK predstavlja vid modulacione tehnike koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu dolazi do promene faze noseeg signala.

Fazna modulacija (PM) je proces u kome se dva sinusoidalna talasna oblika medjusobno porede. Sluaj kada dva talasna oblika idu u istom pravcu u isto vrijeme zove se nulti fazni pomjeraj. Kada imamo fazni pomjeraj od 180 stepeni (kao na slici), talasni oblik B poinje u srednjoj taki talasnog oblika A, pa kada je talasni oblik A pozitivan, ta- lasni oblik B je negativan i obrnuto. Dva fazna stanja dozvoljavaju predstavljanje jednog bita digitalnog podatka, koji moe da ima vrednosti "0" ili "1". Dodatni fazni pomjeraji od 90 i 270 stepeni daju etiri stanja faznog pomjeraja i mogunost da se predstave etiri digitalna podatka.

Da bi detektovala fazu svakog simbola, ova tehnika zahtijeva faznu sinhronizaciju izmeu faza prijemnika i predajnika. To komplikuje konstrukciju prijemnika. Pomona metoda fazne modulacije je "diferencijalna fazna modulacija". U toj metodi, modem pomera fazu svakog narednog signala za izvestan broj stepeni za "0" (na primer 90 stepeni) i drugi razliiti broj stepeni za "1" (na primer 270 stepeni) - kao na slici. Ova metoda je laka za detekciju od prethodne. Prijemnik treba da detektuje pomjeraje faze izmedju simbola, a ne njihove apsolutne faze. Ova tehnika se takodje naziva "modulacija faznim pomjerajem" (PSK - phase shift keying). U sluaju dva mogua fazna pomjeraja modulacija e se zvati BPSK - binarna PSK. U sluaju etiri razliite mogunosti faznog pomjeraja za svaki simbol to znai da svaki simbol predstavlja 2 bita, modulacija e se zvati QPSK, a u sluaju 8 razliitih faznih pomjeraja, modulaciona tehnika e se zvati 8PSK.

2.1.1. BPSK modulacijaNajjednostavnija ema koja koristi dvije faze radi prezentacije dvije binarne cifre jeBPSK(Binary PSK).

Tb - trajanje bita,

Eb preneta energija signala po jednom bitu.

Par sinusoidalnih talasnih oblika S1(t) i S2(t), koji se razlikuju samo po relativnom faznom pomjeraju od radijana se nazivaju antipodni signali.

Generisanje BPSK signala

Za generisanje BPSK signala koristimo produktni modulator koji se sastoji od dvije komponente:

Slika 1: BPSK modulator

1. Koder bez povratka na nulu (NRZ-Non return to zero level encoder), u kome je ulazna binarna sekvenca podataka kodirana na polarni nain simbolima 1 i 0 predstavljenim nivoima konstantne amplitude i .

2. Produktivni modulator koji mnoi binarni talasni oblik kodiran u nivoe sa sinusoidalnim nosiocem c(t), ija je amplituda , kako bi se dobio BPSK signal.Detekcija BPSK signala

Za detekciju originalne binarne sekvence jedinica i nula, BPSK signal x(t) na izlazu iz kanala se vodi u prijemnik koji se sastoji iz etiri dela kao to je prikazano na slici:

Slika 2: Detekcija BPSK signala1. Produktnog modulatora, na ije se ulaze dovodi i lokalno generisan referentni signal koji je replika talasnog oblika nosioca c(t);

2. Filtera propusnika niskih frekvencija koji je dizajniran kako bi uklonio komponente dvostruke frekvencije sa izlaza produktnog modulatora (komponente na 2fc), i kako bi propustio komponente nulte frekvencije;

3. Kola za uzrokovanje, koje uniformno uzrokuje izlaz iz filtra propusnika niskih frekvencija u trenucima t=iTb, gdje je i=0,1,2, ; lokalni takt koji upravlja radom kola za uzrokovanje je sinhronizovan sa taktom odgovornim za tajming bitova u predajniku;

4. Ureaja za odluivanje, koji poredi uzorkovane vrednosti sa izlaza filtra sa eksterno dovedenim pragom na svakih Tb sekundi. Ako se pree prag, ureaj mora donijeti odluku u korist simbola 1; u suprotnom se odluuje u korist simbola 0.Za BPSK prijemnik prikazan na slici kaemo da je koherentan ako je sinusoidalni referentni signal koji se dovodi na ulaz produktnog modulatora proizvoda u demodulatoru sinhronizovan po fazi (i naravno frekvenciji) sa talasnim oblikom nosioca korienim u modulatoru. Ovakav zahtev se moe ostvariti korienjem fazno-zakljuane petlje (PLL-Phase Locked Loop).

Posebnu panju zahteva dizajn filtra niskih frekvencija. Postavlja se pitanje: Koliki treba da bude propusni opseg ovog filtra? Propusni opseg filtra u naem koherentnom BPSK prijemniku sa slike mora biti jednak ili vei od reciprone vrednosti trajanja bita Tb, kako bi rad prijemnika bio zadovoljavajui.2.2. Amplitudna modulacija (ASK)Amplitudna modulacija (ASK) je tehnika koja mijenja amplitudu sinusnog talasa. U prvim modemima, digitalni signali su bili pretvarani u analogne predajom sinusno talasa velike amplitude za "1" i nulte amplitude za "0", kao to je prikazano na slici. Glavna prednost ove tehnike je da je lako proizvesti takve signale, a isti tako ih je lako i detektovati. Medjutim, tehnika ima dva velika nedostatka. Prvi je da je brzina menjanja amplitude ograniena propusnim opsegom linije. Drugi je da male promene amplitude mogu nepouzdano da se detektuju. Telefonske linije ogranievaju promene amplitude na nekih 3000 promena u sekundi. Nedostaci amplitudne modulacije imaju za posledicu da se ta tehnika ne koristi vie u modemima, ali ona se, ipak, koristi u kombinaciji sa drugim tehnikama.

ema kodiranja podataka prvenstveno se odnosi na proces preslikavanja bitova podataka u signalne elemente. KodASKmodulacije binarnim vrijednostima 0 i 1 pridruuju se dvije razliite amplitude nosee frekvencije. Kao tehnika,ASKje podlona uticaju naglih promjena pojaanja i veoma je neefikasna. U telefoniji se koristi za prenos signala do 1200 bps.ASK modulacijase takoe koristi i kod prenosa digitalnih podataka po optikom vlaknu, gdje LED predajnik emituje svjetlosni snop za jedan signalni elemenat, a ne-emituje za drugi.Slika 3. Modulacije analognih signala2.3. Frekventna modulacija (FSK)Kod frekventne modulacije, frekvencija signala nosioca se menja u skladu sa poda- cima. Predajnik predaje razliite frekvencije za "1" i za "0". Ova tehnika se takodje naziva i FSK (frequency shift keying - modulacija frekventnim pomjerajem). Njeni nedostaci su da je brzina promena frekvencija ograniena propusnim opsegom linije i da izoblienje prouzrokovano od strane linija inidetekciju ak i teom od amplitudne modulacije. Danas se ova tehnika koristi u sporim asinhronim modemima ije brzine dostuu samo do 1200 Bd.

FSKpredstavlja vid modulacione tehnike koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu dolazi do promene frekvencije noseeg signala.Najpoznatija formaFSKmodulacije je binarna FSK, nazvanaBFSK. Kod BFSK, dvije binarne vrednosti se predstavljaju razliitim frekvencijama koje su locirane u blizini nosee frekvencije.FSKmodulaciona tehnika je manje podlona grekama u poredjenju saASKmodulacionom emom. Ovaj nain prenosa, kada se prenos vri po standardnim telefonskim paricama, obino se koristi za brzine do 1200 bps. No treba istaknuti da seFSKkoristi takoe i na viim frekvencijama (3-30 MHz) kod radio prenosa. Signal MFSK(multiple FSK) u odnosu naBFSK, sa aspekta propusnog opsega, je daleko efikasniji, ali je zato vie podloan grekama. KodMFSKse koriste vie od dvije frekvencije.Literatura www.viser.edu.rs www.fpz.unizg.hr www.wikipedia.com