Модуляция при передаче цифровых сигналов

Модуляция – представление информационного сигнала в виде гармонического (синусоидального) сигнала. Цель модуляции – привести спектр передаваемого сигнала в соответствие с полосой пропускания линии связи.

Исторически модуляция начала применяться для аналоговых информационных сигналов и только потом для дискретных (цифровых). Примерами таких аналоговых информационных сигналов является передача голоса по радио или телевидению. Голосовой сигнал имеет спектр примерно от 30 Гц до 10 кГц, в то время как диапазон радиочастотного сигнала – от 30 кГц до 300 МГц. То есть непосредственно через радиоэфир голос передать нельзя. Для решения этой проблемы амплитуду высокочастотного радиосигнала изменяют (модулируют) в соответствии с изменением низкочастотного голосового сигнала. Такой тип модуляции называется амплитудной модуляцией (AmplitudeModulation, AM). При использовании частотной модуляции (FrequencyModulation, FM)изменяют не амплитуду, а частоту сигнала.

Рис. Амплитудная модуляция голосовым сигналом

При передаче дискретной информации посредством модуляции вместо термина «модуляция» используется термин «манипуляция». На рисунке представлены различные типы модуляции (манипуляции), применяемые при передаче дискретной информации.

PSK

FSK

ASK

1    0         1   0   0    1   1   1    0   1

При амплитудной модуляции (AmplitudeShiftKeying,ASK) значения логического нуля и логической единицы передаются гармоническими сигналами с различной амплитудой. При частотной модуляции (FrequencyShiftKeying, FSK) значения логического нуля и логической единицы передаются гармоническими сигналами с различной частотой. При фазовой модуляции (PhaseShiftKeying,PSK) значения логического нуля и логической единицы кодируются гармоническими сигналами одной частоты, но различной фазы.

Для повышения скорости передачи данных на практике используют комбинированные методы модуляции. Наиболее распространенными являются методы квадратурной амплитудной модуляции (QuadratureAmplitudeModulation, QAM). Эти методы основаны на сочетании фазовой и амплитудной модуляции. Например, если для кодирования используется 8 различных состояний фазы и 4 состояния амплитуды, то за один такт появляется возможность передавать 5 бит информации (2⁵=32). Однако из 32 возможных состояний сигнала задействуют только 16, что повышает помехоустойчивость кода, но снижает скорость передачи вдвое.

Квадратурная амплитудная модуляция с 16-ю состояниями сигнала

Спектр модулированного сигнала зависит от типа модуляции.

PSK

FSK

ASK

Wi-FiSecurityhttps://www.slideshare.net/veeru3112/wi-fi-security-34019886

Спектральное представление сигналов http://www.myshared.ru/slide/1097569/

Гармонический анализ и синтез сигналовhttp://extusur.net/content/2_radiosviaz/4.2.html

Спектральное представление непериодических сигналовhttp://poznayka.org/s59818t1.html