Comparação de vários métodos de modulação comuns para módulos sem fio

Atualmente, existem muitos tipos de módulos sem fio comuns no mercado. As diferenças entre eles são frequentemente refletidas na frequência suportada, taxa máxima, método de modulação, consumo de energia, etc. Este artigo compara vários métodos de modulação comumente usados ​​em módulos sem fio.

PERGUNTAR definição

ASK é a abreviação de modulação Amplitude Shift Keying. Por exemplo, binário e os símbolos binários 0 e 1 são representados por amplitudes diferentes, respectivamente, que é ASK.

"Amplitude Shift Keying", também conhecido como "Amplitude Shift Keying", é chamado ASK e é um método comum de tecnologia de modulação. Se o estado possível do sinal de modulação digital corresponder ao símbolo de informação binário ou ao seu estado de sinal de banda base correspondente um para um, o sinal modulado é chamado de sinal de modulação digital binário. A codificação com símbolos de informação binária é chamada de codificação de amplitude binária e é representada por 2ASK.

Esquema de chaveamento de turno

No modo “amplitude shift keying”, quando “1” aparece, a portadora com amplitude A é ligada, e quando “0” aparece, a portadora é desligada. Isto é equivalente a mover o espectro do sinal de banda base original (trem de pulso) para o lado.

A modulação de amplitude (ASK) é equivalente à modulação de amplitude em um sinal analógico, exceto que é um número binário multiplicado por um sinal de frequência portadora. A mudança de amplitude usa frequência e fase como constantes e amplitude como variáveis. Os bits de informação são transmitidos através da amplitude da portadora. Keying de amplitude binária (2ASK), como o sinal de modulação possui apenas dois níveis de 0 ou 1, o resultado da multiplicação é equivalente a desligar ou ligar a frequência portadora. O significado prático é que quando o sinal digital modulado é “1”, a portadora é transmitida; quando o sinal digital modulado é “0”, a portadora não é transmitida. O princípio é mostrado na Figura 1, onde s(t) é um pulso retangular de banda base. Sinais cosseno são geralmente usados ​​para sinais portadores, e sinais modulados são usados ​​para converter sequências digitais em sequências de pulso retangulares de banda base unipolar, e o papel dessa chave liga-desliga é multiplicar essa saída pela portadora para mudar o espectro para a frequência portadora. Perto dali, realize 2ASK. A forma de onda 2ASK realizada é mostrada na Figura 2.

Forma de onda 2ASK

A forma mais simples e comumente usada de modulação de amplitude para esta técnica de modulação é a comutação. A presença de portadora é representada por “1” e a ausência de portadora é representada por “0”. Esse tipo de modulação é chamado de on-off keying (OOK) e é o método de modulação com maior eficiência energética porque irradia energia apenas quando um "1" é enviado. A modulação por mudança de amplitude requer uma alta relação sinal-ruído para demodular o sinal, pois de acordo com suas características, a maioria dos sinais é transmitida com potência muito baixa. As vantagens do sistema de radiofrequência modulado ASK são que a estrutura do equipamento de transmissão e recepção é simples e o consumo de energia é relativamente baixo. Infelizmente, a largura de banda ocupada pelo sistema de modulação ASK / OOK é inferior a 500KHz ou a densidade de pico não cairá na faixa exigida pelo "sistema de modulação digital". Isso mostra que a potência de transmissão do sistema de modulação ASK/OOK é limitada a 50mV/m, ou alguma tecnologia FHSS deve ser adotada para atender aos requisitos da cláusula 15.247 da FCC. 

OK

Chaveamento liga-desliga

OOK é um caso especial de modulação ASK. Se uma amplitude for 0 e a outra for diferente de zero, é OOK. A codificação on-off binária (OOK: On-Off Keying), também conhecida como codificação de amplitude binária (2ASK), é uma sequência de código unipolar sem retorno a zero para controlar a abertura e o fechamento de uma portadora senoidal. Este método de modulação apareceu antes do método de modulação alog, e a transmissão de rádio em código Morse usa esse método de modulação. O desempenho anti-ruído do OOK não é tão bom quanto outros métodos de modulação, portanto, este método de modulação não é usado na comunicação via satélite atual e na comunicação digital por microondas. No entanto, como o método de modulação é simples de implementar, em sistemas de comunicação de fibra óptica, o método de modulação de amplitude é amplamente utilizado. O método de análise deste método de modulação é básico, portanto você pode estudar a teoria básica da modulação digital a partir da entrada do método de modulação OOK.

FSK (codificação por mudança de frequência)

Uma modulação angular na qual a frequência de uma oscilação senoidal muda entre um conjunto de valores discretos, onde cada valor discreto representa um estado característico de um sinal modulado disperso no tempo.

Disciplinas aplicadas: tecnologia da comunicação (disciplina de primeiro nível); princípios de comunicação e tecnologias básicas (disciplina secundária)

A modulação por mudança de frequência usa dois osciladores com frequências diferentes F1 e F2 para representar os sinais 1 e 0. Use 1 e 0 do sinal digital para controlar duas fontes de oscilação independentes para saída alternada. Para modulação por modulação por mudança de frequência binária, sua largura de banda efetiva é B = 2xF + 2Fb, onde xF é a largura de banda do sinal da banda base binária e o deslocamento máximo de frequência do sinal FSK. Como a largura de banda do sinal digital é o valor Fb, a chave de mudança de frequência binária A largura de banda do sinal do controle é relativamente grande e a utilização da banda de frequência é pequena.

GFSK

Keying de mudança de frequência gaussiana GFSK-Gauss Frequency Shift Keying, é um filtro passa-baixa gaussiano antes da modulação para limitar a largura espectral do sinal.

Princípio de modulação

A modulação de mudança de frequência gaussiana GFSK é um método de modulação digital no qual os dados de entrada são pré-modulados e filtrados por um filtro passa-baixa gaussiano e, em seguida, modulados por FSK. Mantendo uma amplitude constante, ele pode controlar o espectro do sinal modulado alterando a largura de banda de 3dB do filtro passa-baixa gaussiano. Possui as características desejadas pelos sistemas de comunicação sem fio, como envelope de amplitude constante, espectro de potência concentrado e espectro estreito. Portanto, a tecnologia de modulação e desmodulação GFSK é amplamente utilizada em muitos campos, como comunicações móveis, aviação e comunicações marítimas.

A modulação GFSK pode ser dividida em modulação direta e modulação em quadratura.

Modulação direta

A modulação direta visa simular diretamente a modulação de frequência da portadora de RF após o sinal digital ser filtrado por passa-baixa gaussiana. Quando o índice de modulação do modulador de frequência é igual a 0,5, é a conhecida modulação GMSK (Gaussian Mínimo Frequency ShiftKeying), portanto a modulação GMSK pode ser considerada um caso especial de modulação GFSK. Em algumas literaturas, o método de modulação GFSK com produto BT e índice de modulação diferentes é denominado GMSK / FM, o que na verdade percebe o fato de que este método não pode ser denominado GMSK quando o índice de modulação não é igual a 0,5.

Embora o método de modulação direta seja simples, porque o sinal de modulação é geralmente adicionado ao VCO do sintetizador de frequência PLL, sua característica passa-alta de loop inerente fará com que o componente de baixa frequência do sinal de modulação seja perdido. Portanto, para obter as características ideais de modulação GFSK, é proposta uma técnica de modulação direta em frequência denominada modulação de dois pontos. Nesta técnica, o sinal de modulação é dividido em duas partes, uma parte é adicionada à extremidade VCO do PLL de acordo com o método convencional de modulação de frequência, e a outra parte é adicionada à extremidade do oscilador principal do PLL. não está no circuito de feedback de controle, ele pode ser modulado pelo componente de baixa frequência do sinal. Desta forma, o sinal GFSK composto gerado possui características espectrais que podem ser estendidas para DC, e a sensibilidade de modulação é basicamente uma constante, que não é afetada pela largura de banda do loop. No entanto, a modulação de dois pontos aumenta a dificuldade de controle do índice de modulação GFSK.

Modulação em quadratura

A modulação ortogonal é um método de modulação indireta. Neste método, um sinal digital é submetido à filtragem passa-baixa gaussiana e a uma operação de integração de fase apropriada, sendo então dividido em duas partes: em fase e em quadratura. Os componentes em fase e quadratura da portadora são multiplicados respectivamente, e então o sinal GFSK é sintetizado. Relativamente falando, o conceito físico deste método é claro e também evita danos às características espectrais do sinal durante a modulação direta. Por outro lado, o controle de parâmetros GFSK pode ser implementado em um filtro Gaussiano com fator de calibração, e não é afetado pelo circuito de modulação de frequência subsequente, portanto o controle de parâmetros é mais simples. Por causa disso, o processamento de sinal de banda base do modem de quadratura GFSK é particularmente adequado para implementação digital.

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