PSK i FSK Modulacija - Nikola Sofranac

8/17/2019 PSK i FSK Modulacija - Nikola Sofranac

http://slidepdf.com/reader/full/psk-i-fsk-modulacija-nikola-sofranac 1/15

JU SREDNJA ELEKTROTEHNIČKA ŠKOLA„VASO ALIGRUDIĆ“ – PODGORICA

STRUČNI RAD

FREKVENCIJSKA I FAZNA MODULACIJA

Mentor: Kandidat:

dipl.ing.el.Slavica Jovanović Nikola Šofranac S4h

Podgorica, Maj 2016.



2

S A D R Ž A JStrana

Uvod ...................................................................................................................... 3

1. od!"#$%&#.......................................................................................................... '(. D%)%*#"+# ,od!"#$%&# -3. #/+# ,od!"#$%&# 0PSK 2'. 45v4+$%&65# ,od!"#$%&# 0SK 1'

L%*4#*!#..............................................................................................................17

Uvod



2

Patentiranjem postupka impulsne kodovane modulacije (Pulse-CodeModulation- PCM ), od strane Aleka Rivsa ! okto"ar #$$%!, postavljen jekoncept prenosa kontinualni& si%nala di%italnim postupkom! 're"a na%lasiti,meutim, da je di%italni postupak prenosa diskretni& si%nala (tele%raija)

starije% datuma od analo%no% postupka prenosa kontinualno% si%nala(teleonija) i da su o"a postupka "ila do"ro po*nata i uvedena utelekomunikacije jo+ u vijeku, ali su smatrani dijametralno ra*li.itim inespojivim! 'ek sa pojavom Aleksa Rivsa, poka*ano je da se i kontinualansi%nal mo/e preneti u di%italnom o"liku, ukoliko se nad kontinualnim si%nalomi*vr+e operacije odmjeravanja i kvantovanja, tj! one operacije koje .ovek normalno o"avlja kada predstavlja kontinualne pojave kona.nim ni*omodmereni& i *aokru/eni& vrednosti!

0d tada pa do danas, nauka i te&nika su pomerile i pomjeraju %ranice

mo%u1e%, tako da se savrijemeni /ivot ne mo/e *amisliti "e* kompjutera imo"ilno% teleona koji, naravno, *a svoj rad koriste "a+ di%italne si%nale idi%italne modulacije si%nala!

Di%italna modulacija je proces %dje se di%italni si%nal transormi+e utalasne o"like koji su kompati"ilni sa karakteristikama kanala! 2a slu.ajmodulacije osnovno% opse%a, ovi talasni o"lici su o"i.no impulsno% o"lika! Aliu slu.aju modulacije propusno% opse%a, impulsni o"lici su modulisani usinusoidi visoke rekvencije, reda nekoliko stotina M3*, koja se na*iva noseći

talas ili jednostavno nosilac i o"i.no se o*na.ava kao cos(

ct).

1. Modulacija



2

4omunikacioni kanali kao +to su teleonske linije, o"i.no su analo%ni medijumi!Analo%ni medijum je komunikacioni kanal sa o%rani.enim propusnim opse%om!5 slu.aju teleonski& linija korisni rekventni propusni opse% je od 66 3* do66 3*! 4omunikacija podataka *na.i pomjeranje di%italni& inormacija sa

jedno% na dru%o mjesto putem komuniakcioni& kanala! 'e di%italne inormacijesu u o"liku pravou%aoni& impulsa i sa *na.enjima 767 i 7#7! Ako se takvidi%italni si%nali prenose po analo%nom medijumu, on 1e i*o"li.iti nji&ove

pravou%aone impulse! Prijemnik koji prima te i*o"li.ene si%nale ne1e "iti ustanju da ta.no i& ta.no interpretira! Re+enje je da se ti di%italni si%nali pretvoreu analo%ne si%nale, da "i komunikacioni kanal mo%ao da i& pou*dano prenesesa jedno% mesta na dru%o! 'e&nika koja omo%u1ava to pretvaranje se na*iva7modulacija7! Modulacija je te&nikamenjanja neki& osnova analo%no% si%nala

na po*nat na.in, da "i se kodirala inormacija u tom osnovnom si%nalu! Svakamerljiva oso"ina analo%no% si%nala mo/e da se upotre"i *a prenos inormacijemenjanjem te oso"ine na neki po*nat na.in, a *atim detektovanjem ti& promjenana prijemnom kraju! Si%nal koji je modulisan se *ove si%nal nosilac, jer on nosidi%italnu inormaciju sa jedno% na dru%i kraj komunikaciono% kanala! 5reajkoji menja si%nal na predajnom kraju komunikaciono% kanala se *ove7modulator7! 5redjaj na prijemnom kraju kanala, koji detektuje di%italnuinormaciju i* modulisano% si%nala se *ove 7demodulator7!

2. Digitalna modulacija



2

Di%italna modulacija analo%no% si%nala predstavlja %rupu modulacioni& te&nikakoja se koristi u procesu transormacije di%italni& podataka u analo%ne, pri.emu koristi promenu amplitude, rekvencije ili a*e nose1e% si%nala!

8ajstandardniji na.in kori+1enja ovi& transormacija sre1emo kod prenosa

di%italni& podataka preko javne teleonske mre/e (PS'8) koje nisu direktno prila%oene *a prenos di%italni& si%nala! 'eleonska mre/a je projektovana *a prijem, komutaciju, i prenos analo%ni& si%nala %ovora u opse%u od 66 3* do966 3*! 5 tom slu.aju se vr+i pove*ivanje di%italne opreme na teleonskumre/u preko modema! 2adatak modema je da konvertuje di%italne podatke uanalo%ne si%nale, i o"ratno! 4ada se %ovori o teleonskoj mre/i, modemi sekoriste *a %enerisanje si%nala u %ovornom rekventnom opse%u, ali se isteosnovne te&nike koriste i od strane modema koji %eneri+u si%nale na vi+im

rekvencijama (recimo mikrotalasni)!

2a postupak modulacije mo%u "iti iskori+1ene karakteristike koje sinusoidanosioca poseduje: amplituda, rekvencija ili a*a! 8ekada se koristi i nji&ovameuso"na kom"inacija!

5 *avisnosti koja je od karakteristika sinusoide i*a"rana modulacija propusno%opse%a mo/e "iti: #! Amplitudska modulacija ili AS4 ;! <rekventna modulacija ili <S4 ! <a*na modulacija ili PS4

*"or metoda modulacije odlu.uju1e uti.e na lako1u implementacije, tolerancijuna smetnje i *au*etost +irine opse%a kanala od%ovaraju1e% modema propusno%opse%a *a prenos podataka! spod se nala*i slika koja poka*uje kako su naosnovu nose1e u.estalosti dodeljeni propusni opse*i ra*li.itim komunikacionim

servisima!



2

3. Fazna modulacija (PSK)



2

PSK predstavlja vid modulacione te&nike koja se koristi u procesutransormacije di%italni& podataka u analo%ne, pri .emu dola*i do promene a*e

nose1e% si%nala!<a*na modulacija (PM) je proces u kome se dva sinusoidalna talasna o"likamedjuso"no porede! Slu.aj kada dva talasna o"lika idu u istom pravcu u istovrijeme *ove se nulti a*ni pomjeraj! 4ada imamo a*ni pomjeraj od #=6 stepeni(kao na slici), talasni o"lik > po.inje u srednjoj ta.ki talasno% o"lika A, pa kada

je talasni o"lik A po*itivan, talasni o"lik > je ne%ativan i o"rnuto! Dva a*nastanja do*voljavaju predstavljanje jedno% "ita di%italno% podatka, koji mo/e daima vrednosti 767 ili 7#7! Dodatni a*ni pomjeraji od $6 i ;?6 stepeni daju .etiri

stanja a*no% pomjeraja i mo%u1nost da se predstave .etiri di%italna podatka!Da "i detektovala a*u svako% sim"ola, ova te&nika *a&tijeva a*nusin&roni*aciju i*meu a*a prijemnika i predajnika!

'o komplikuje konstrukciju prijemnika! Pomo1na metoda a*ne modulacije je7dierencijalna a*na modulacija7! 5 toj metodi, modem pomera a*u svako%naredno% si%nala *a i*vestan "roj stepeni *a 767 (na primer $6 stepeni) i dru%ira*li.iti "roj stepeni *a 7#7 (na primer ;?6 stepeni) - kao na slici! 0va metoda jelak+a *a detekciju od pret&odne! Prijemnik tre"a da detektuje pomjeraje a*e

i*medju sim"ola, a ne nji&ove apsolutne a*e! 0va te&nika se takodje na*iva7modulacija a*nim pomjerajem7 (PS4 - p&ase s&it ke@in%)! 5 slu.aju dvamo%u1a a*na pomjeraja modulacija 1e se *vati >PS4 - "inarna PS4! 5 slu.aju.etiri ra*li.ite mo%u1nosti a*no% pomjeraja *a svaki sim"ol +to *na.i da svakisim"ol predstavlja ; "ita, modulacija 1e se *vati PS4, a u slu.aju = ra*li.iti&a*ni& pomjeraja, modulaciona te&nika 1e se *vati =PS4!



2

8PSK Modulacija

4od =PS4 modulacije postoji = a*a, a svaki sim"ol je predstavljen sa tri "ita,amplituda si%nala se ne menja! 8a slici je prika*an vektorski dija%ram =PS4 si%nala!

Bektori su a*no pomereni *a u%ao od 9 stepeni! 0sa predstavlja amplitudusi%nala, a osa a*u! 4ako svaka a*a nosi po tri "ita, to je i "itska "r*ina tri

puta ve1a od "r*ine sim"ola! 5 ta"eli su dati kodovi *a svaki polo/aj vektora!2"o% si%urnosti je primijenjen ra@-ev kod umesto prirodno% "inarno% koda!lavna oso"ina ove modulacije je da pove1ava spektralnu eikasnost i "itsku



2

"r*inu! Mana =PS4 modulacije je +to je manje otporna na uticaj +uma i smetnji!'o je naro.ito i*ra/eno kod lo+i& uslova prostiranja si%nala i mo/e dovesti dove1i& %re+aka u prijemu! Da "i se i*vr+ila korekcija %re+aka uvodi se kanalnokodovanje koje dodaje *a+titne "itove i*vornim "itovima! =PS4 modulacija je

na+la primenu u mo"ilnoj teleoniji i televi*iji (DB>-S; standard)!

QPSK Modul acija

Diskretna a*na modulacija s M E 9 na*iva se četverofazna diskretna

modulacija (Fuadrip&ase - s&it ke@in%) G PS4! 4ao re*ultat M - arnediskretne modulacije a*e do"ija se M ra*li.iti& si%nala elementarni signali!

Ako se svakom valnom o"liku pridru/i neki sim"ol (kodiranje) do"ija se sustavkojim je mo%u1e prenositi di%italnu inormaciju komunikacijskim kanalom! Svivalni o"lici koji se %eneriraju na pret&odno opisani na.in imaju isto trajanje iono se na*iva interval si%nali*acije T s! >r*ina si%nali*acije koja se ostvaruje

jednaka je "roju preneseni& elementarni& si%nala u jedinici vremena odnosno "roju preneseni& sim"ola u jedinici vremena

QPSK Modulator4onstelacijski dija%ram (- ravnina) PS4 si%nala prika*an je na sl! 5konstelacijskom dija%ramu susjednim vektorima pridru/uju se parovi "itova kojise ra*likuju samo u jednom "inarnom *naku *"o% to%a +to je vjerovatno1a%re+ke ve1a +to su vektori u konstelacijskom dija%ramu "li/i! 0vojnica spektrasna%e >PS4 si%nala prika*ana je na sl! RRR! 8ulte ta.ke ovojnice spektrasmje+tene su na cjelo"rojnim vi+ekratnicima recipro.ne vrijednosti intervalasi%nali*acije oko rekvencije nosioca! 5 komunikacionim sistemima vrlo jeva/na anali*a pojasne +irine koju *au*ima si%nal! >udu1i da je spektar sna%e

PS4 si%nala neo%rani.en potre"no %a je o%rani.iti iltrom! Ba/an parametar jeodnos "r*ine prijenosa i pojasne +irine koju si%nal *au*ima! 'aj parametar sena*iva spektralna korisnost !

http://www.topip.rs/content/view/73/11#televizija

http://www.topip.rs/content/view/32/27/1/1#DVB-S2

http://www.topip.rs/content/view/73/11#televizija

http://www.topip.rs/content/view/32/27/1/1#DVB-S2



2

PS4 konstelacija

BPSK

Ako je moduli+u1i si%nal "inaran, a*a modulisano% si%nala mo/e imati samodve vrednosti! 8a slici je dat modulator "inarno% PS4 si%nala! Modulator sesastoji od konvertora unipolarno% "inarno% si%nala u "ipolarni i mno/a.a!5la*ni "inarni si%nal je o*na.en sa "(t), dok je nosilac odreHen i*ra*om u6(t)E56

E cos(I6 )!

8ajjednostavnija +ema koja koristi dvije a*e radi pre*entacije dvije "inarnecire je BPSK ( Binary PSK )!

' " - trajanje "ita, " G preneta ener%ija si%nala po jednom "itu!

Par sinusoidalni& talasni& o"lika S#(t) i S;(t), koji se ra*likuju samo po

relativnom a*nom pomjeraju od K radijana se na*ivaju antipodni si%nali!



2

Generisanje BPSK signala

2a %enerisanje >PS4 si%nala koristimo produktni modulator koji se

sastoji od dvije komponente:

>PS4 M0D5LA'0R

1! 4oder "e* povratka na nulu (8R2-8on return to *ero level encoder), u kome je ula*na "inarna sekvenca podataka kodirana na polarni na.in sim"olima # i 6

predstavljenim nivoima konstantne amplitude i !

! Produktivni modulator koji mno/i "inarni talasni o"lik kodiran u nivoe sa

sinusoidalnim nosiocem c(t), .ija je amplituda , kako "i se do"io >PS4

si%nal!

!"#"K$%&' BPSK S%G''

2a detekciju ori%inalne "inarne sekvence jedinica i nula, >PS4 si%nal (t) nai*la*u i* kanala se vodi u prijemnik koji se sastoji i* .etiri dela kao +to je

prika*ano na slici:



2

!"#"K$%&' BPSK S%G''

#! Produktno% modulatora, na .ije se ula*e dovodi i lokalno %enerisan reerentnisi%nal koji je replika talasno% o"lika nosioca c(t)N

;! <iltera propusnika niski& rekvencija koji je di*ajniran kako "i ukloniokomponente dvostruke rekvencije sa i*la*a produktno% modulatora(komponente na ; c), i kako "i propustio komponente nulte rekvencijeN

! 4ola *a u*rokovanje, koje uniormno u*rokuje i*la* i* iltra propusnika niski&rekvencija u trenucima tEi' ", %dje je iE6,O#,O;, N lokalni takt koji upravljaradom kola *a u*rokovanje je sin&roni*ovan sa taktom od%ovornim *a tajmin%

"itova u predajnikuN

9! 5reaja *a odlu.ivanje, koji poredi u*orkovane vrednosti sa i*la*a iltra saeksterno dovedenim pra%om na svaki& ' " sekundi! Ako se pree pra%, ureajmora donijeti odluku u korist sim"ola #N u suprotnom se odlu.uje u koristsim"ola 6!

2a >PS4 prijemnik prika*an na slici ka/emo da je ko&erentan ako jesinusoidalni reerentni si%nal koji se dovodi na ula* produktno% modulatora

proi*voda u demodulatoru sin&roni*ovan po a*i (i naravno rekvenciji) sa

talasnim o"likom nosioca kori+1enim u modulatoru! 0vakav *a&tev se mo/eostvariti kori+1enjem a*no-*aklju.ane petlje (PLL-P&ase Locked Loop)!

Pose"nu pa/nju *a&teva di*ajn iltra niski& rekvencija! Postavlja se pitanje:4oliki tre"a da "ude propusni opse% ovo% iltraQ Propusni opse% iltra u na+emko&erentnom >PS4 prijemniku sa slike mora "iti jednak ili ve1i od recipro.nevrednosti trajanja "ita ' ", kako "i rad prijemnika "io *adovoljavaju1i!

Pomjeranje *aze

ako amplitudne i rekvencijske promene unkcioni+u do"ro kod *vuka, o"oje*a&teva "ar jedan ciklus prenosno% talasa da s epo+alje jedan "it osim ako sekoristi pose"na kodna +ema (npr, osim ako se po*itivni i ne%ativni delovi si%nalane promene ne*avisno)! 8@Fuist teorema opisana u po%lavlju predla/e da se

"roj "ita poslani& po jedinici vremena mo/e pove1ati ako kodna +emado*voljava vi+e "ita da se kodiraju u jednom ciklusu prenosnika! 'ako sistemi

komunikacije podataka .esto koriste te&nike koje mo%u slati vi+e "ita! 'a.nije, pomeranje faze ( phase shift keying ) menja a*u prenosno% talasa na%lo da "i se



2

kodirali podaci! Svaka ova promena se na*iva pomeranje a*e! 8akon pomeranjaa*e, prenosnik nastavlja da osciluje, ali momentalno ska.e na dru%u ta.ku uciklusu sinusno% talasa! Slika ilustruje kako pomeranje a*e uti.e na sinusnitalas!

lustracija: (a) prenosno% talasa, (") di%italno% ula*no% si%nala, (c) amplitudno% pomjeranja, i(d) rekvencijsko% pomeranja

lustracija modulacije pomeranjem a*e sa strelicama koje poka*uju vreme kada prenosnik na%lo ska.e na novu ta.ku u ciklusu sinusno% talasa

Pomeranje a*e se mjeri u%lom promjene! 8a primjer, krajnje lijevo pomjeranje



2

na slici mijenja u%ao *a K; radijana ili #=6o! Dru%a promjena a*e na slicitakoe od%ovara promeni od #=6o! 're1a promena a*e od%ovara promeni od -$6o (+to je ekvivalentno ;?6o)!

+. Fre,-entna modulacija (FSK)

4od rekventne modulacije, rekvencija si%nala nosioca se menja u skladu sa poda- cima! Predajnik predaje ra*li.ite rekvencije *a 7#7 i *a 767! 0va te&nikase takodje na*iva i <S4 (reFuenc@ s&it ke@in% - modulacija rekventnim

pomjerajem)! 8jeni nedostaci su da je "r*ina promena rekvencija o%rani.ena propusnim opse%om linije i da i*o"li.enje prou*rokovano od strane linija.inidetekciju .ak i te/om od amplitudne modulacije! Danas se ova te&nikakoristi u sporim asin&ronim modemima .ije "r*ine dostu/u samo do #;66 >d!

FSK predstavlja vid modulacione te&nike koja se koristi u procesutransormacije di%italni& podataka u analo%ne, pri .emu dola*i do promenerekvencije nose1e% si%nala!

8ajpo*natija orma FSK modulacije je "inarna <S4, na*vana BFSK ! 4od BFSK , dvije "inarne vrednosti se predstavljaju ra*li.itim rekvencijama koje su

locirane u "li*ini nose1e rekvencije! FSK modulaciona te&nika je manje podlo/na %re+kama u poreenju sa SK modulacionom +emom! 0vaj na.in



2

prenosa, kada se prenos vr+i po standardnim teleonskim paricama, o"i.no sekoristi *a "r*ine do #;66 "ps! 8o tre"a istaknuti da se FSK koristi takoe i navi+im rekvencijama (-6 M3*) kod radio prenosa! Si%nal MFSK (multiple<S4) u odnosu na BFSK , sa aspekta propusno% opse%a, je daleko eikasniji, ali

je *ato vi+e podlo/an %re+kama! 4od MFSK se koriste vi+e od dvije rekvencije!

Literatura

• .-iser.edu.rs

• .*/z.unizg.0r

•

.to/i/.rs• .i,i/edia.com

Documents

PSK i FSK Modulacija - Nikola Sofranac