التعديل الرقمي: السعة والتردد

تعديل تردد الراديو

على الرغم من استنادها إلى نفس المفاهيم ، تبدو الأشكال الموجية للتشكيل الرقمي مختلفة تمامًا عن نظيراتها التناظرية.

على الرغم من كونه بعيدًا عن الانقراض ، فإن التعديل التناظري غير متوافق ببساطة مع العالم الرقمي. 

لم نعد نركز جهودنا على نقل الأشكال الموجية التناظرية من مكان إلى آخر. بدلاً من ذلك ، نريد نقل البيانات: الشبكات اللاسلكية وإشارات الصوت الرقمية ، وقياسات المستشعر ، وما إلى ذلك. لنقل البيانات الرقمية ، نستخدم التعديل الرقمي.

يجب أن نكون حذرين ، مع ذلك ، مع هذه المصطلحات. تشير "التناظرية" و "الرقمية" في هذا السياق إلى نوع المعلومات التي يتم نقلها ، وليس إلى الخصائص الأساسية لأشكال الموجة المرسلة الفعلية. 

يستخدم كل من التشكيل التناظري والرقمي إشارات متفاوتة بسلاسة ؛ والفرق هو أن إشارة معدلة تناظرية يتم تحويلها إلى شكل موجة نطاق أساسي تناظري ، بينما تتكون الإشارة المعدلة رقميًا من وحدات تشكيل منفصلة تسمى الرموز ، يتم تفسيرها على أنها بيانات رقمية.

هناك إصدارات تناظرية ورقمية لأنواع التعديل الثلاثة. لنبدأ بالسعة والتردد.

تعديل السعة الرقمية
ويشار إلى هذا النوع من التشكيل بقفل إزاحة السعة (ASK). الحالة الأساسية هي "تشغيل / إيقاف التشغيل" (OOK) ، وهي تتطابق بشكل مباشر تقريبًا مع العلاقة الرياضية التي تمت مناقشتها في الصفحة المخصصة لـ [[تعديل السعة التناظرية]]: إذا استخدمنا إشارة رقمية كنموذج موجة النطاق الأساسي ، فاضرب ينتج عن النطاق الأساسي والناقل شكل موجي معدل يكون طبيعيًا للمنطق المرتفع و "متوقف" عن المنطق المنخفض. يتوافق السعة العالية للمنطق مع مؤشر التشكيل.

المجال الزمني
يوضح المخطط التالي OOK الذي تم إنشاؤه باستخدام موجة حاملة 10 ميجا هرتز وإشارة ساعة رقمية 1 ميجا هرتز. نحن نعمل في المجال الرياضي هنا ، لذا فإن السعة المنطقية العالية (والسعة الحاملة) هي ببساطة "1" بلا أبعاد ؛ في دائرة حقيقية ، قد يكون لديك شكل موجة حاملة 1 فولت وإشارة منطقية 3.3 فولت.

ربما لاحظت تضاربًا واحدًا بين هذا المثال والعلاقة الرياضية التي تمت مناقشتها في صفحة [[Amplitude Modulation]]: لم نغير إشارة النطاق الأساسي. إذا كنت تتعامل مع شكل موجة رقمي نموذجي مقترن بتيار مستمر ، فلا حاجة للتحول لأعلى لأن الإشارة تظل في الجزء الموجب من المحور الصادي.

مجال التردد
فيما يلي الطيف المقابل:




قارن هذا بالطيف لتعديل السعة بموجة جيبية 1 MHz:




معظم الطيف هو نفسه - ارتفاع في تردد الموجة الحاملة (fC) وارتفاع في fC بالإضافة إلى تردد النطاق الأساسي و fC ناقص تردد النطاق الأساسي. 

ومع ذلك ، يحتوي طيف ASK أيضًا على مسامير أصغر تتوافق مع التوافقيات الثالثة والخامسة: التردد الأساسي (fF) هو 3 ميجاهرتز ، مما يعني أن التوافقي الثالث (f5) هو 1 ميجاهرتز والتوافقي الخامس (f3) هو 3 ميجاهرتز . لذلك لدينا ارتفاعات في fC plus / ناقص fF و f3 و f5. وفي الواقع ، إذا قمت بتوسيع المؤامرة ، فسترى أن المسامير تستمر وفقًا لهذا النمط.

هذا منطقي للغاية. يتكون تحويل فورييه لموجة مربعة من موجة جيبية عند التردد الأساسي إلى جانب موجات جيبية ذات اتساع متناقص عند التوافقيات الفردية ، وهذا المحتوى التوافقي هو ما نراه في الطيف الموضح أعلاه.

تقودنا هذه المناقشة إلى نقطة عملية مهمة: فالتحولات المفاجئة المرتبطة بخطط التشكيل الرقمية تنتج محتوى (غير مرغوب فيه) عالي التردد. علينا أن نضع هذا في الاعتبار عندما نأخذ في الاعتبار النطاق الترددي الفعلي للإشارة المعدلة ووجود الترددات التي يمكن أن تتداخل مع الأجهزة الأخرى.

تعديل التردد الرقمي
يسمى هذا النوع من التشكيل بمفتاح تبديل التردد (FSK). لأغراضنا ، ليس من الضروري النظر في تعبير رياضي لـ FSK ؛ بدلاً من ذلك ، يمكننا ببساطة تحديد أنه سيكون لدينا تردد f1 عندما تكون بيانات النطاق الأساسي منطقية 0 وتردد f2 عندما تكون بيانات النطاق الأساسي منطقية 1.

المجال الزمني
تتمثل إحدى طرق توليد شكل موجة FSK الجاهزة للإرسال في إنشاء إشارة النطاق الأساسي التناظرية أولاً التي تتحول بين f1 و f2 وفقًا للبيانات الرقمية. فيما يلي مثال لشكل موجة نطاق أساسي FSK مع f1 = 1 kHz و f2 = 3 kHz. لضمان أن الرمز هو نفس المدة للمنطق 0 والمنطق 1 ، نستخدم دورة واحدة كيلوهرتز وثلاث دورات كيلوهرتز 1.

يتم بعد ذلك تحويل شكل موجة النطاق الأساسي (باستخدام خلاط) إلى تردد الموجة الحاملة وإرسالها. هذا النهج مفيد بشكل خاص في الأنظمة الراديوية المعرفة بالبرمجيات: شكل موجة النطاق الأساسي التناظري هو إشارة منخفضة التردد ، وبالتالي يمكن توليدها رياضيا ثم إدخالها في المجال التناظري بواسطة DAC. سيكون استخدام DAC لإنشاء إشارة مرسلة عالية التردد أكثر صعوبة.

هناك طريقة أكثر مباشرة من الناحية المفاهيمية لتطبيق FSK وهي ببساطة الحصول على إشارتين حاملة بترددات مختلفة (f1 و f2) ؛ يتم توجيه أحدهما إلى الآخر اعتمادًا على المستوى المنطقي للبيانات الثنائية. 

وينتج عن هذا شكل موجة مرسلة نهائيًا يتحول فجأة بين ترددين ، يشبه إلى حد كبير شكل موجة النطاق الأساسي FSK أعلاه باستثناء أن الفرق بين الترددين أصغر بكثير بالنسبة لمتوسط ​​التردد. بمعنى آخر ، إذا كنت تبحث في مخطط نطاق زمني ، فسيكون من الصعب التمييز بين أقسام f1 من أقسام f2 بصريًا ، لأن الفرق بين f1 و f2 ليس سوى جزء صغير من f1 (أو f2).

مجال التردد
دعونا نلقي نظرة على آثار FSK في مجال التردد. سنستخدم نفس تردد الموجة الحاملة 10 ميجاهرتز (أو متوسط ​​تردد الموجة الحاملة في هذه الحالة) ، وسنستخدم ± 1 ميجاهرتز كإنحراف. (هذا غير واقعي ، ولكنه ملائم لأغراضنا الحالية.) لذا فإن الإشارة المرسلة ستكون 9 ميجاهرتز للمنطق 0 و 11 ميجاهرتز للمنطق 1. هنا هو الطيف:

لاحظ أنه لا توجد طاقة عند "تردد الموجة الحاملة". هذا ليس مفاجئًا ، مع الأخذ في الاعتبار أن الإشارة المشكّلة لا تكون أبدًا عند 10 ميجاهرتز. يكون دائمًا عند 10 ميجاهرتز ناقص 1 ميجاهرتز أو 10 ميجاهرتز بالإضافة إلى 1 ميجاهرتز ، وهذا بالضبط هو المكان الذي نرى فيه الارتفاعين المهيمنين: 9 ميجاهرتز و 11 ميجاهرتز.

ولكن ماذا عن الترددات الأخرى الموجودة في هذا الطيف؟ حسنًا ، التحليل الطيفي FSK ليس واضحًا بشكل خاص. نحن نعلم أنه ستكون هناك طاقة فورييه إضافية مرتبطة بالتحولات المفاجئة بين الترددات. 

وتبين أن FSK ينتج عنه نوع من دالة دالة الطيف لكل تردد ، أي أن أحدهما يتمحور حول f1 والآخر يتمحور حول f2. هذه تمثل ارتفاعات التردد الإضافية التي تظهر على جانبي المسامير السائدة.

نبذة عامة
* يتضمن تعديل الاتساع الرقمي تغيير اتساع موجة الموجة الحاملة في أقسام منفصلة وفقًا للبيانات الثنائية.

* الطريقة الأكثر مباشرة لتعديل السعة الرقمية هي تشغيل وإيقاف التشغيل.

* مع تعديل التردد الرقمي ، يختلف تردد الموجة الحاملة أو إشارة النطاق الأساسي في أقسام منفصلة وفقًا للبيانات الثنائية.

* إذا قارنا التعديل الرقمي بالتشكيل التماثلي ، فإننا نرى أن التحولات المفاجئة الناتجة عن التعديل الرقمي تؤدي إلى طاقة إضافية عند ترددات أبعد من الموجة الحاملة.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة