Si të demoduloni modulimin e fazës dixhitale

Demodulimi i frekuencës së radios
Mësoni se si të ekstraktoni të dhënat origjinale dixhitale nga një formë e valës me çelës-ndërrimi.

Në dy faqet e mëparshme kemi diskutuar sistemet për kryerjen e demodulimit të sinjaleve AM dhe FM që mbajnë të dhëna analoge, të tilla si (jo i dixhitalizuar) audio. Tani ne jemi të gatshëm të shohim se si të rimarrim informacionin origjinal që është koduar përmes llojit të tretë të përgjithshëm të modulimit, përkatësisht, modulimit të fazës.

Sidoqoftë, modulimi i fazës analoge nuk është i zakonshëm, ndërsa modulimi i fazës dixhitale është shumë i zakonshëm. Kështu, ka më shumë kuptim për të eksploruar demodulimin e kryeministrit në kontekstin e komunikimit dixhital RF. Ne do ta eksplorojmë këtë temë duke përdorur tastierën e zhvendosjes në fazë binare (BPSK); sidoqoftë, është mirë të jesh i vetëdijshëm se kyçja e ndërrimit të fazës kuadratuese (QPSK) është më e rëndësishme për sistemet moderne pa tela.

Siç nënkupton emri, kyçja e ndërrimit të fazës binare paraqet të dhëna dixhitale duke i caktuar një fazë binarit 0 dhe një fazë të ndryshme në binare 1. Të dy fazat ndahen me 180 ° për të optimizuar saktësinë e demodulimit - më shumë ndarja midis vlerave të dy fazave e bën më të lehtë për të deshifruar simbolet.

Shumëzoni dhe Integroni — dhe Sinkronizoni
Një demodulator BPSK përbëhet kryesisht nga dy blloqe funksionale: një shumëzues dhe një integrues. Këto dy përbërës do të prodhojnë një sinjal që korrespondon me të dhënat origjinale binare. Sidoqoftë, nevojitet edhe qark i sinkronizimit, sepse marrësi duhet të jetë në gjendje të identifikojë kufirin midis periudhave të bitit. Ky është një ndryshim i rëndësishëm midis demodulimit analog dhe demodulimit dixhital, kështu që le të bëjmë një vështrim më të afërt.

 

Në demodulimin analog, sinjali nuk ka vërtet një fillim ose një fund. Imagjinoni një transmetues FM që transmeton një sinjal audio, d.m.th., një sinjal që vazhdimisht ndryshon në bazë të muzikës. Tani imagjinoni një marrës FM që fillimisht është i fikur. 

Përdoruesi mund të fuqizojë marrësin në çdo moment në kohë, dhe qarku i demodulimit do të fillojë nxjerrjen e sinjalit audio nga transportuesi i moduluar. Sinjali i nxjerrë mund të amplifikohet dhe dërgohet në një altoparlant, dhe muzika do të tingëllojë normale. 

Marrësi nuk e ka idenë nëse sinjali audio paraqet fillimin ose fundin e një kënge, ose nëse qarku i demodulimit fillon të funksionojë në fillim të një mase, ose djathtas në rrahje, ose midis dy rrahjeve. Nuk ka rëndësi; çdo vlerë e tensionit të menjëhershëm korrespondon me një moment të saktë në sinjalin audio, dhe tingulli ri-krijohet kur të gjitha këto vlera të menjëhershme ndodhin në vazhdimësi.

Me modulimin dixhital, situata është krejtësisht e ndryshme. Ne nuk kemi të bëjmë me amplituda të menjëhershme, por përkundrazi një sekuencë të amplituda që përfaqëson një informacion të veçantë, përkatësisht, një numër (një ose zero). 

Sequencedo sekuencë e amplituda - e quajtur si simbol, me një kohëzgjatje të barabartë me një periudhë bit - duhet të dallohet nga sekuencat e mëparshme dhe ato vijuese: Nëse transmetuesi (nga shembulli i mësipërm) po përdorte modulimin dixhital dhe marrësi mund të ndizet dhe filloi të demodulohet në një pikë e rastit në kohë, çfarë do të ndodhte? 

Epo, nëse marrësi do të fillonte të demodulohej në mes të një simboli, do të përpiqej të interpretonte gjysmën e një simboli dhe gjysmën e simbolit të mëposhtëm. Kjo, natyrisht, do të çonte në gabime; një simbol logjik-një i ndjekur nga një simbol logjik-zero do të kishte një shans të barabartë për t'u interpretuar si një ose një zero.

Shtë e qartë, pra, sinkronizimi duhet të jetë përparësi në çdo sistem dixhital RF. Një qasje e drejtpërdrejtë për sinkronizimin është që t'i paraprijnë secilës pako me një "sekuencë trainimi" të paracaktuar të përbërë nga simbole alternative alternative dhe një simbol (si në diagramin e mësipërm). Marrësi mund të përdorë këto tranzicione një-zero-një-zero për të identifikuar kufirin kohor midis simboleve, dhe pastaj pjesa tjetër e simboleve në paketë mund të interpretohet siç duhet, thjesht duke aplikuar kohëzgjatjen e paracaktuar të simbolit të sistemit.

Efekti i shumëzimit
Siç u përmend më lart, një hap thelbësor në demodulimin e PSK është shumëzimi. Më saktësisht, ne shumëzojmë një sinjal BPSK në hyrje me një sinjal reference me frekuencë të barabartë me frekuencën e bartësit. Doesfarë realizon kjo? Le të shohim matematikën; së pari, produkti identifikon për dy funksione sinus:

 

Nëse i kthejmë këto funksione sinike gjenerike në sinjale me frekuencë dhe fazë, kemi këto:

Duke thjeshtuar, kemi:

Pra, kur shumëfishojmë dy sinusoide të frekuencës së barabartë, por fazë të ndryshme, rezultati është një sinusoid i dyfishit të frekuencës plus një kompensim që varet nga ndryshimi midis dy fazave. 

Kompensimi është çelësi: Nëse faza e sinjalit të pranuar është e barabartë me fazën e sinjalit të referencës, kemi cos (0 °), i cili është i barabartë me 1. Nëse faza e sinjalit të marrë është 180 ° i ndryshëm nga faza e sinjalin e referencës, kemi cos (180 °), që është –1. Kështu, prodhimi i shumëzuesit do të ketë një kompensim pozitiv DC për njërën prej vlerave binare dhe një kompensim negativ DC për vlerën tjetër binare. Ky kompensim mund të përdoret për të interpretuar çdo simbol si një zero ose një.

Konfirmimi i Simulimit
Qarku i modulimit dhe demodulimit BPSK në vijim ju tregon se si mund të krijoni një sinjal BPSK në LTspice:

Dy burime sinusale (një me fazë = 0 ° dhe një me fazë = 180 °) janë të lidhur me dy ndërprerës të kontrolluar nga voltazhi. Të dy çelsat kanë të njëjtin sinjal kontrolli të valës katrore, dhe rezistencat e ndezura dhe të mbyllura janë konfiguruar në mënyrë të tillë që njëra të jetë e hapur ndërsa tjetra të jetë e mbyllur. Terminalet "dalës" të dy çelsave janë të lidhura së bashku, dhe op-amp amplifikon sinjalin që rezulton, i cili duket si ky:




Tjetra, ne kemi një sinusoid referencë (V4) me frekuencë të barabartë me frekuencën e formës së valës BPSK, dhe pastaj ne përdorim një burim të tensionit të sjelljes arbitrare për të shumëzuar sinjalin BPSK me sinjalin e referencës. Këtu është rezultati:




Siç mund ta shihni, sinjali i demoduluar është dyfishi i frekuencës së sinjalit të marrë, dhe ka një kompensim DC pozitiv ose negativ sipas fazës së secilit simbol. Nëse atëherë e integrojmë këtë sinjal në lidhje me secilën periudhë bit, do të kemi një sinjal dixhital që korrespondon me të dhënat origjinale.

Zbulimi Koherent
Në këtë shembull, faza e sinjalit të referencës së marrësit sinkronizohet me fazën e sinjalit të moduluar hyrës. Kjo realizohet lehtësisht në një simulim; është dukshëm më e vështirë në jetën reale. Për më tepër, siç diskutohet në këtë faqe nën "Kodimin Diferencial", kyçja e zakonshme e ndërrimit në fazë nuk mund të përdoret në sistemet që janë subjekt i ndryshimeve të paparashikueshme të fazës midis transmetuesit dhe marrësit. 

Për shembull, nëse sinjali i referencës së marrësit është 90 ° jashtë fazës me bartësin e transmetuesit, diferenca fazore midis referencës dhe sinjalit BPSK gjithmonë do të jetë 90 °, dhe cos (90 °) është 0. Kështu, kompensimi DC është e humbur, dhe sistemi është plotësisht jofunksional.

Kjo mund të konfirmohet duke ndryshuar fazën e burimit V4 në 90 °; këtu është rezultati:

përmbledhje
* Demodulimi dixhital kërkon sinkronizimin e periudhës bit; marrësi duhet të jetë në gjendje të identifikojë kufijtë midis simboleve ngjitur.

* Sinjalet e ndërrimit të çelësave dyfishtë-çelës mund të demodulohen përmes shumëzimit të ndjekur nga integrimi. Sinjali i referencës i përdorur në hapin e shumëzimit ka të njëjtën frekuencë si bartësi i transmetuesit.

* Kyçja e zakonshme e ndërrimit të fazës është e besueshme vetëm kur faza e sinjalit të referencës së marrësit mund të ruajë sinkronizimin me fazën e bartësit të transmetuesit.

Lini një mesazh 

Lista mesazh