การปรับแบบดิจิตอล: ความกว้างและความถี่

การปรับคลื่นความถี่วิทยุ

แม้ว่าจะอยู่บนพื้นฐานของแนวคิดเดียวกัน แต่รูปแบบคลื่นการมอดูเลตแบบดิจิตอลนั้นค่อนข้างแตกต่างจากแบบอะนาล็อก

แม้ว่าจะห่างไกลจากการสูญพันธุ์การปรับแบบอะนาล็อกนั้นเข้ากันไม่ได้กับโลกดิจิตอล 

เราไม่ได้มุ่งเน้นความพยายามของเราในการเคลื่อนย้ายรูปคลื่นแบบอะนาล็อกจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง แต่เราต้องการย้ายข้อมูล: เครือข่ายไร้สาย, สัญญาณเสียงดิจิทัล, การวัดเซ็นเซอร์และอื่น ๆ ในการถ่ายโอนข้อมูลดิจิตอลเราใช้การปรับแบบดิจิตอล

เราต้องระวังด้วยคำศัพท์นี้ “ อะนาล็อก” และ“ ดิจิตอล” ในบริบทนี้อ้างอิงถึงประเภทของข้อมูลที่ถ่ายโอนไม่ใช่ลักษณะพื้นฐานของรูปคลื่นที่ส่งจริง 

ทั้งการปรับแบบอะนาล็อกและดิจิตอลใช้สัญญาณที่แตกต่างกันอย่างราบรื่น ความแตกต่างคือสัญญาณอะนาล็อกที่ปรับเป็น demodulated ในรูปแบบของสัญญาณเบสแบนด์อะนาล็อกในขณะที่สัญญาณมอดูเลตแบบดิจิทัลประกอบด้วยหน่วยการปรับแบบไม่ต่อเนื่องที่เรียกว่าสัญลักษณ์ที่ถูกตีความว่าเป็นข้อมูลดิจิตอล

มีทั้งแบบอะนาล็อกและดิจิตอลในสามประเภทการปรับ เริ่มจากแอมพลิจูดและความถี่

การปรับคลื่นดิจิตอล
การปรับแบบนี้เรียกว่าแอมพลิจูด shift shift (ASK) กรณีพื้นฐานที่สุดคือ "on-off keying" (OOK) และสอดคล้องเกือบตรงกับความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่กล่าวถึงในหน้าเฉพาะ [[แอมพลิจูดแอมพลิจูดแอมพลิจูด]]: ถ้าเราใช้สัญญาณดิจิทัลเป็นรูปคลื่นสัญญาณเบสแบนด์ เบสแบนด์และพาหะส่งผลให้เกิดรูปคลื่นที่มอดูเลตซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับลอจิกสูงและ "ปิด" สำหรับลอจิกต่ำ แอมพลิจูดที่ใช้ตรรกะสูงสอดคล้องกับดัชนีการมอดูเลต

โดเมนเวลา
เนื้อเรื่องต่อไปนี้แสดง OOK ที่สร้างโดยใช้ตัวส่งสัญญาณ 10 MHz และสัญญาณนาฬิกาดิจิตอล 1 MHz เรากำลังดำเนินการในขอบเขตทางคณิตศาสตร์ที่นี่ดังนั้นแอมพลิจูดที่มีตรรกะสูง (และแอมพลิจูดของผู้ให้บริการ) นั้นไร้มิติเพียง“ 1”; ในวงจรจริงคุณอาจมีรูปคลื่นพาหะ 1 V และสัญญาณลอจิก 3.3 V

คุณอาจสังเกตเห็นความไม่ลงรอยกันระหว่างตัวอย่างนี้กับความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่กล่าวถึงในหน้า [[Amplitude Modulation]]: เราไม่ได้เปลี่ยนสัญญาณเบสแบนด์ หากคุณกำลังจัดการกับรูปคลื่นดิจิตอล DC คู่โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องเลื่อนขึ้นเพราะสัญญาณยังคงอยู่ในส่วนบวกของแกน y

โดเมนความถี่
นี่คือสเปกตรัมที่สอดคล้องกัน:




เปรียบเทียบสิ่งนี้กับสเปกตรัมสำหรับการมอดูเลตแอมพลิจูดด้วยคลื่นไซน์ 1 MHz:




สเปกตรัมส่วนใหญ่เหมือนกัน - เข็มที่ความถี่พาหะ (fC) และสไปค์ที่ fC บวกความถี่เบสแบนด์และ fC ลบความถี่เบสแบนด์ 

อย่างไรก็ตาม ASK spectrum ยังมี spikes ที่เล็กกว่าซึ่งสอดคล้องกับ harmonics ที่ 3 และ 5: ความถี่พื้นฐาน (fF) คือ 1 MHz, ซึ่งหมายความว่า harmonic ที่ 3 (f3) คือ 3 MHz และ 5th harmonic (f5) คือ 5 MHz . ดังนั้นเรามีเดือยที่ fC บวก / ลบ fF, f3 และ f5 และถ้าคุณขยายพล็อตคุณจะเห็นว่าหนามแหลมยังคงเป็นไปตามรูปแบบนี้

ทำให้รู้สึกที่สมบูรณ์แบบ การแปลงฟูริเยร์ของคลื่นสี่เหลี่ยมประกอบด้วยคลื่นไซน์ที่ความถี่พื้นฐานพร้อมกับคลื่นไซน์ลดลงที่ฮาร์โมนิคคี่และเนื้อหาฮาร์โมนิกนี้คือสิ่งที่เราเห็นในสเปกตรัมที่แสดงข้างต้น

การสนทนานี้นำเราไปสู่จุดสำคัญที่สามารถนำไปใช้ได้จริง: การเปลี่ยนถ่ายอย่างกะทันหันที่เกี่ยวข้องกับแผนการปรับแบบดิจิตอลจะสร้างเนื้อหาความถี่สูง (ไม่พึงปรารถนา) เราต้องคำนึงถึงเรื่องนี้เมื่อเราพิจารณาแบนด์วิดท์จริงของสัญญาณมอดูเลตและการมีอยู่ของความถี่ที่อาจรบกวนอุปกรณ์อื่น ๆ

การปรับความถี่ดิจิตอล
การปรับแบบนี้เรียกว่าการเปลี่ยนความถี่ (FSK) สำหรับวัตถุประสงค์ของเราไม่จำเป็นต้องพิจารณานิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของ FSK แต่เราสามารถระบุได้ว่าเราจะมีความถี่ f1 เมื่อข้อมูลเบสแบนด์คือตรรกะ 0 และความถี่ f2 เมื่อข้อมูลเบสแบนด์เป็นลอจิก 1

โดเมนเวลา
วิธีหนึ่งในการสร้างสัญญาณ FSK แบบเตรียมพร้อมสำหรับการส่งสัญญาณคือการสร้างสัญญาณเบสแบนด์อะนาล็อกที่สลับไปมาระหว่าง f1 และ f2 ตามข้อมูลดิจิตอล นี่คือตัวอย่างของรูปคลื่นสัญญาณเบสแบนด์ FSK ที่มี f1 = 1 kHz และ f2 = 3 kHz เพื่อให้แน่ใจว่าสัญลักษณ์นั้นมีระยะเวลาเท่ากันสำหรับลอจิก 0 และลอจิก 1 เราใช้หนึ่งรอบ 1 kHz และสามรอบ 3 kHz

จากนั้นรูปแบบคลื่นเบสแบนด์จะถูกเลื่อน (ใช้ตัวปรับแต่งเสียง) ขึ้นไปที่ความถี่พาหะ วิธีการนี้มีประโยชน์อย่างมากในระบบวิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์: รูปคลื่นอะนาล็อกเบสแบนด์เป็นสัญญาณความถี่ต่ำและทำให้สามารถสร้างทางคณิตศาสตร์จากนั้นนำเข้าสู่อาณาจักรอะนาล็อกโดย DAC การใช้ DAC เพื่อสร้างสัญญาณที่ส่งความถี่สูงนั้นยากกว่ามาก

วิธีที่ตรงไปตรงมามากขึ้นในการนำแนวคิด FSK ไปใช้คือการมีสัญญาณพาหะสองสัญญาณที่มีความถี่แตกต่างกัน (f1 และ f2); รายการใดรายการหนึ่งถูกส่งไปที่เอาต์พุตขึ้นอยู่กับระดับตรรกะของข้อมูลไบนารี 

สิ่งนี้ส่งผลให้รูปคลื่นที่ส่งผ่านขั้นสุดท้ายที่สลับระหว่างความถี่สองความถี่ในทันทีคล้ายกับรูปคลื่นสัญญาณ FSK เบสแบนด์สูงกว่ายกเว้นความแตกต่างระหว่างความถี่ทั้งสองนั้นมีขนาดเล็กกว่ามากเมื่อเทียบกับความถี่เฉลี่ย กล่าวอีกนัยหนึ่งถ้าคุณดูที่พล็อตโดเมนเวลามันเป็นการยากที่จะแยกความแตกต่างของส่วน f1 จากส่วน f2 ด้วยสายตาเพราะความแตกต่างระหว่าง f1 และ f2 นั้นเป็นเพียงเศษเสี้ยวเล็กน้อยของ f1 (หรือ f2)

โดเมนความถี่
ลองดูผลกระทบของ FSK ในโดเมนความถี่ เราจะใช้ความถี่ผู้ให้บริการ 10 MHz เดียวกัน (หรือความถี่ผู้ให้บริการเฉลี่ยในกรณีนี้) และเราจะใช้± 1 MHz เป็นส่วนเบี่ยงเบน (นี่ไม่สมจริง แต่สะดวกสำหรับวัตถุประสงค์ปัจจุบันของเรา) ดังนั้นสัญญาณที่ส่งจะเป็น 9 MHz สำหรับลอจิก 0 และ 11 MHz สำหรับลอจิก 1 นี่คือสเปกตรัม:

โปรดทราบว่าไม่มีพลังงานที่ "ความถี่พาหะ" ไม่น่าแปลกใจเลยที่สัญญาณมอดูเลตจะไม่อยู่ที่ 10 MHz มันมักจะอยู่ที่ 10 MHz ลบ 1 MHz หรือ 10 MHz บวก 1 MHz และนี่คือจุดที่เราเห็นเดือยแหลมสองอัน: 9 MHz และ 11 MHz

แต่สิ่งที่เกี่ยวกับความถี่อื่น ๆ ที่มีอยู่ในสเปกตรัมนี้? การวิเคราะห์สเปกตรัมของ FSK นั้นไม่ได้ตรงไปตรงมา เรารู้ว่าจะมีพลังงานฟูริเยร์เพิ่มเติมที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันระหว่างความถี่ 

ปรากฎว่า FSK ส่งผลให้เกิดคลื่นความถี่ประเภท sinc ฟังก์ชั่นสำหรับแต่ละความถี่คือหนึ่งอยู่ตรงกลางที่ f1 และอีกหนึ่งอยู่ที่ f2 บัญชีเหล่านี้สำหรับการเพิ่มความถี่เพิ่มเติมที่เห็นได้จากทั้งสองด้านของการเพิ่มขึ้นอย่างเด่นชัด

สรุป
* การมอดูเลตแอมพลิจูดแบบดิจิตอลนั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดของคลื่นพาหะในส่วนที่แยกกันตามข้อมูลไบนารี

* วิธีที่ตรงไปตรงมาที่สุดในการปรับความกว้างของสัญญาณดิจิตอลคือการปิด - เปิด

* ด้วยการมอดูเลตความถี่ดิจิตอลความถี่ของสัญญาณพาหะหรือสัญญาณเบสแบนด์นั้นแปรผันในส่วนที่ไม่ต่อเนื่องตามข้อมูลไบนารี่

* ถ้าเราเปรียบเทียบการมอดูเลตแบบดิจิตอลกับการมอดูเลตแบบอะนาล็อกเราจะเห็นว่าการเปลี่ยนแบบฉับพลันที่เกิดจากการมอดูเลตแบบดิจิตอลทำให้เกิดพลังงานเพิ่มเติมที่ความถี่ที่ไกลกว่าจากผู้ให้บริการ

ฝากข้อความ 

รายการข้อความ