Comparación de varios métodos de modulación comunes para módulos inalámbricos

En la actualidad, existen muchos tipos de módulos inalámbricos comunes en el mercado. Las diferencias entre ellos a menudo se reflejan en la frecuencia admitida, la velocidad máxima, el método de modulación, el consumo de energía, etc. Este artículo compara varios métodos de modulación comúnmente utilizados en módulos inalámbricos.

Preguntar definición

ASK es la abreviatura de modulación de modulación por cambio de amplitud. Por ejemplo, el binario y los símbolos binarios 0 y 1 están representados por diferentes amplitudes respectivamente, lo cual es ASK.

La "modificación por cambio de amplitud", también conocida como "modificación por cambio de amplitud", se llama ASK y es un método común de tecnología de modulación. Si el posible estado de la señal de modulación digital corresponde al símbolo de información binaria o su correspondiente estado de señal de banda base uno a uno, la señal modulada se denomina señal de modulación digital binaria. La codificación con símbolos de información binaria se denomina codificación de amplitud binaria y se representa mediante 2ASK.

Esquema de cambio de teclas

En el modo “modificación por desplazamiento de amplitud”, cuando aparece “1”, la portadora con amplitud A se enciende y cuando aparece “0”, la portadora se apaga. Esto equivale a mover el espectro de la señal de banda base original (tren de pulsos) hacia un lado.

La modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) es equivalente a la modulación de amplitud en una señal analógica, excepto que es un número binario multiplicado por una señal de frecuencia portadora. El desplazamiento de amplitud utiliza la frecuencia y la fase como constantes y la amplitud como variables. Los bits de información se transmiten a través de la amplitud de la portadora. Modificación de amplitud binaria (2ASK), debido a que la señal de modulación tiene solo dos niveles de 0 o 1, el resultado de la multiplicación equivale a apagar o encender la frecuencia portadora. El significado práctico es que cuando la señal digital modulada es "1", la portadora se transmite; cuando la señal digital modulada es "0", la portadora no se transmite. El principio se muestra en la Figura 1, donde s (t) es un pulso rectangular de banda base. Las señales coseno se usan generalmente para señales portadoras, y las señales moduladas se usan para convertir secuencias digitales en secuencias de pulsos rectangulares de banda base unipolar, y la función de esta activación y desactivación es multiplicar esta salida por la portadora para cambiar el espectro a la frecuencia portadora. Cerca, realiza 2ASK. La forma de onda 2ASK realizada se muestra en la Figura 2.

Forma de onda 2ASK

La forma más simple y más comúnmente utilizada de modulación de amplitud para esta técnica de modulación es la conmutación. La presencia de una portadora se representa con un "1" y la ausencia de una portadora se representa con un "0". Este tipo de modulación se llama activación-desactivación (OOK) y es el método de modulación con mayor eficiencia energética porque irradia energía sólo cuando se envía un "1". La modulación por desplazamiento de amplitud requiere una alta relación señal-ruido para demodular la señal, porque según sus características, la mayoría de las señales se transmiten a muy baja potencia. Las ventajas del sistema de radiofrecuencia modulada ASK son que la estructura del equipo de transmisión y recepción es simple y el consumo de energía es relativamente bajo. Desafortunadamente, el ancho de banda ocupado por el sistema de modulación ASK / OOK es inferior a 500 KHz o la densidad máxima. no entrará en el rango requerido por el "sistema de modulación digital". Esto muestra que la potencia de transmisión del sistema de modulación ASK/OOK está limitada a 50 mV/m, o se debe adoptar alguna tecnología FHSS para cumplir con los requisitos de la cláusula 15.247 de la FCC. 

OK

Tecla de encendido y apagado

OOK es un caso especial de modulación ASK. Si una amplitud es 0 y la otra no es cero, está bien. La codificación binaria on-off (OOK: On-Off Keying), también conocida como codificación binaria de amplitud (2ASK), es una secuencia de código unipolar sin retorno a cero para controlar la apertura y el cierre de una portadora sinusoidal. Este método de modulación apareció antes que el método de modulación analógica, y la transmisión de radio en código Morse utiliza este método de modulación. El rendimiento antirruido de OOK no es tan bueno como el de otros métodos de modulación, por lo que este método de modulación no se utiliza en las comunicaciones por satélite ni en las comunicaciones digitales por microondas actuales. Sin embargo, debido a que el método de modulación es simple de implementar, en los sistemas de comunicación de fibra óptica, el método de modulación de amplitud se usa ampliamente. El método de análisis de este método de modulación es básico, por lo que puedes estudiar la teoría básica de la modulación digital desde la entrada del método de modulación OOK.

FSK (modificación por desplazamiento de frecuencia)

Una modulación angular en la que la frecuencia de una oscilación sinusoidal cambia entre un conjunto de valores discretos, donde cada valor discreto representa un estado característico de una señal modulada dispersa en el tiempo.

Disciplinas aplicadas: tecnologías de la comunicación (disciplina de primer nivel); principios de comunicación y tecnologías básicas (disciplina secundaria)

La modulación por desplazamiento de frecuencia utiliza dos osciladores con diferentes frecuencias F1 y F2 para representar las señales 1 y 0. Utilice 1 y 0 de la señal digital para controlar dos fuentes de oscilación independientes para emitir alternativamente. Para la modulación binaria por desplazamiento de frecuencia, su ancho de banda efectivo es B = 2xF + 2Fb, donde xF es el ancho de banda de la señal de banda base binaria y el desplazamiento de frecuencia máximo de la señal FSK. Dado que el ancho de banda de la señal digital es el valor Fb, la tecla de cambio de frecuencia binaria El ancho de banda de la señal del control es relativamente grande y la utilización de la banda de frecuencia es pequeña.

GFSK

Modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana GFSK-Modificación por desplazamiento de frecuencia gaussiana, es un filtro de paso bajo gaussiano antes de la modulación para limitar el ancho espectral de la señal.

Principio de modulación

La modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana GFSK es un método de modulación digital en el que los datos de entrada se premodulan y filtran mediante un filtro de paso bajo gaussiano y luego se modulan con FSK. Mientras mantiene una amplitud constante, puede controlar el espectro de la señal modulada cambiando el ancho de banda de 3 dB del filtro de paso bajo gaussiano. Tiene las características deseadas por los sistemas de comunicación inalámbrica, como envolvente de amplitud constante, espectro de potencia concentrado y espectro estrecho. Por lo tanto, la tecnología de modulación y demodulación GFSK se utiliza ampliamente en muchos campos, como las comunicaciones móviles, la aviación y las comunicaciones marítimas.

La modulación GFSK se puede dividir en modulación directa y modulación en cuadratura.

Modulación directa

La modulación directa consiste en simular directamente la modulación de frecuencia de la portadora de RF después de que la señal digital se filtra mediante un paso bajo gaussiano. Cuando el índice de modulación del modulador de frecuencia es igual a 0,5, se trata de la conocida modulación GMSK (Modulación por desplazamiento de frecuencia mínima gaussiana), por lo que la modulación GMSK puede considerarse como un caso especial de modulación GFSK. En algunas publicaciones, el método de modulación GFSK con diferentes productos BT e índice de modulación se llama GMSK / FM, lo que en realidad advierte el hecho de que este método no puede llamarse GMSK cuando el índice de modulación no es igual a 0,5.

Aunque el método de modulación directa es simple, debido a que la señal de modulación generalmente se agrega al VCO del sintetizador de frecuencia PLL, su característica de paso alto de bucle inherente hará que se pierda el componente de baja frecuencia de la señal de modulación. Por lo tanto, para obtener las características ideales de modulación GFSK, se propone una técnica de modulación directa de frecuencia llamada modulación de dos puntos. En esta técnica, la señal de modulación se divide en dos partes, una parte se agrega al extremo VCO del PLL de acuerdo con el método de modulación de frecuencia convencional y la otra parte se agrega al extremo del oscilador principal del PLL. no está en el bucle de retroalimentación de control, puede ser modulado por el componente de baja frecuencia de la señal. De esta manera, la señal GFSK compuesta generada tiene características espectrales que pueden extenderse a DC, y la sensibilidad de modulación es básicamente una constante, que no se ve afectada por el ancho de banda del bucle. Sin embargo, la modulación de dos puntos aumenta la dificultad del control del índice de modulación GFSK.

Modulación en cuadratura

La modulación ortogonal es un método de modulación indirecta. En este método, una señal digital se somete a un filtrado gaussiano de paso bajo y a una operación de integración de fase adecuada, y luego se divide en dos partes: en fase y en cuadratura. Los componentes en fase y en cuadratura de la portadora se multiplican respectivamente y luego se sintetiza la señal GFSK. Relativamente hablando, el concepto físico de este método es claro y también evita el daño de las características espectrales de la señal durante la modulación directa. Por otro lado, el control de parámetros GFSK se puede implementar en un filtro gaussiano con un factor de calibración, y no se ve afectado por el circuito de modulación de frecuencia posterior, por lo que el control de parámetros es más sencillo. Debido a esto, el procesamiento de señales en banda base del módem en cuadratura GFSK es particularmente adecuado para la implementación digital.

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