Comparaison de plusieurs méthodes de modulation courantes pour les modules sans fil

Il existe actuellement de nombreux types de modules sans fil courants sur le marché. Les différences entre eux se reflètent souvent dans la fréquence prise en charge, le débit maximum, la méthode de modulation, la consommation d'énergie, etc. Cet article compare plusieurs méthodes de modulation couramment utilisées dans les modules sans fil.

DEMANDER définition

ASK est l'abréviation de Amplitude Shift Keyingmodulation. Par exemple, binaire et les symboles binaires 0 et 1 sont représentés respectivement par des amplitudes différentes, ce qui est ASK.

"Amplitude Shift Keying", également connu sous le nom de "Amplitude Shift Keying", est appelé ASK et constitue une méthode courante de technologie de modulation. Si l'état possible du signal de modulation numérique correspond au symbole d'information binaire ou à son état de signal en bande de base correspondant un à un, le signal modulé est appelé signal de modulation numérique binaire. La saisie avec des symboles d'information binaires est appelée saisie d'amplitude binaire et est représentée par 2ASK.

Schéma de saisie Maj

En mode « amplitude shift keying », lorsque « 1 » apparaît, la porteuse d'amplitude A est activée, et lorsque « 0 » apparaît, la porteuse est désactivée. Cela équivaut à déplacer le spectre du signal de bande de base d'origine (train d'impulsions) sur le côté.

La modulation par déplacement d'amplitude (ASK) est équivalente à la modulation d'amplitude dans un signal analogique, sauf qu'il s'agit d'un nombre binaire multiplié par un signal de fréquence porteuse. Le décalage d'amplitude utilise la fréquence et la phase comme constantes et l'amplitude comme variables. Les bits d'information sont transmis via l'amplitude de la porteuse. Modulation d'amplitude binaire (2ASK), étant donné que le signal de modulation n'a que deux niveaux de 0 ou 1, le résultat de la multiplication équivaut à activer ou désactiver la fréquence porteuse. La signification pratique est que lorsque le signal numérique modulé est « 1 », la porteuse est transmise ; lorsque le signal numérique modulé est « 0 », la porteuse n'est pas transmise. Le principe est illustré sur la figure 1, où s (t) est une impulsion rectangulaire en bande de base. Les signaux cosinus sont généralement utilisés pour les signaux porteurs, et les signaux modulés sont utilisés pour convertir des séquences numériques en séquences d'impulsions rectangulaires en bande de base unipolaire, et le rôle de cette commande marche-arrêt est de multiplier cette sortie par la porteuse pour déplacer le spectre vers la fréquence porteuse. A proximité, réalisez 2ASK. La forme d'onde 2ASK réalisée est illustrée dans la figure 2.

Forme d'onde 2ASK

La forme de modulation d'amplitude la plus simple et la plus couramment utilisée pour cette technique de modulation est la commutation. La présence d'un porteur est représentée par un "1" et l'absence de porteur est représentée par un "0". Ce type de modulation est appelé activation-désactivation (OOK) et constitue la méthode de modulation la plus économe en énergie car elle rayonne de l'énergie uniquement lorsqu'un « 1 » est envoyé. La modulation par déplacement d'amplitude nécessite un rapport signal/bruit élevé pour démoduler le signal, car selon ses caractéristiques, la plupart des signaux sont transmis à une puissance très faible. Les avantages du système de radiofréquence modulée ASK sont que la structure de l'équipement d'émission et de réception est simple et que la consommation d'énergie est relativement faible. Malheureusement, la bande passante occupée par le système de modulation ASK/OOK est inférieure à 500 KHz ou la densité maximale ne tombera pas dans la plage requise par le "système de modulation numérique". Cela montre que la puissance de transmission du système de modulation ASK/OOK est limitée à 50 mV/m, ou qu'une certaine technologie FHSS doit être adoptée pour répondre aux exigences de la clause 15.247 de la FCC. 

OOK

Clé marche-arrêt

OOK est un cas particulier de modulation ASK. Si une amplitude est 0 et l’autre non nulle, c’est OOK. La manipulation binaire marche-arrêt (OOK : On-Off Keying), également connue sous le nom de manipulation binaire d'amplitude (2ASK), est une séquence de code unipolaire sans retour à zéro pour contrôler l'ouverture et la fermeture d'une porteuse sinusoïdale. Cette méthode de modulation est apparue plus tôt que la méthode de modulation analogique, et la transmission radio en code Morse utilise cette méthode de modulation. Les performances anti-bruit d'OOK ne sont pas aussi bonnes que celles des autres méthodes de modulation, cette méthode de modulation n'est donc pas utilisée dans les communications par satellite et les communications numériques par micro-ondes actuelles. Cependant, comme le procédé de modulation est simple à mettre en œuvre, dans les systèmes de communication à fibre optique, le procédé de modulation d'amplitude est largement utilisé. La méthode d'analyse de cette méthode de modulation est basique, vous pouvez donc étudier la théorie de base de la modulation numérique à partir de l'entrée de la méthode de modulation OOK.

FSK (modification par déplacement de fréquence)

Modulation angulaire dans laquelle la fréquence d'une oscillation sinusoïdale change entre un ensemble de valeurs discrètes, chaque valeur discrète représentant un état caractéristique d'un signal modulé dispersé dans le temps.

Disciplines appliquées : technologies de la communication (discipline de premier niveau) ; principes de communication et technologies de base (discipline secondaire)

La modulation par déplacement de fréquence utilise deux oscillateurs avec des fréquences différentes F1 et F2 pour représenter les signaux 1 et 0. Utilisez 1 et 0 du signal numérique pour contrôler deux sources d'oscillation indépendantes pour une sortie alternative. Pour la modulation par déplacement de fréquence binaire, sa bande passante effective est B = 2xF + 2Fb, où xF est la bande passante du signal binaire en bande de base et le décalage de fréquence maximal du signal FSK. Étant donné que la bande passante du signal numérique est la valeur Fb, la clé de décalage de fréquence binaire. La bande passante du signal de commande est relativement grande et l'utilisation de la bande de fréquence est faible.

GFSK

Modulation par déplacement de fréquence gaussienne GFSK-Gauss Frequency Shift Keying, est un filtre passe-bas gaussien avant modulation pour limiter la largeur spectrale du signal.

Principe de modulation

La modulation gaussienne de modulation par déplacement de fréquence GFSK est une méthode de modulation numérique dans laquelle les données d'entrée sont pré-modulées et filtrées par un filtre passe-bas gaussien, puis modulées par FSK. Tout en maintenant une amplitude constante, il peut contrôler le spectre du signal modulé en modifiant la bande passante de 3 dB du filtre passe-bas gaussien. Il possède les caractéristiques souhaitées par les systèmes de communication sans fil telles qu'une enveloppe d'amplitude constante, un spectre de puissance concentré et un spectre étroit. Par conséquent, la technologie de modulation et de démodulation GFSK est largement utilisée dans de nombreux domaines tels que les communications mobiles, les communications aériennes et maritimes.

La modulation GFSK peut être divisée en modulation directe et modulation en quadrature.

Modulation directe

La modulation directe consiste à simuler directement la modulation de fréquence de la porteuse RF après que le signal numérique soit filtré par passe-bas gaussien. Lorsque l'indice de modulation du modulateur de fréquence est égal à 0,5, il s'agit de la modulation GMSK (Gaussian Minimum Frequency ShiftKeying) bien connue, la modulation GMSK peut donc être considérée comme un cas particulier de modulation GFSK. Dans certaines littératures, la méthode de modulation GFSK avec un produit BT et un indice de modulation différents est appelée GMSK/FM, ce qui remarque en fait le fait que cette méthode ne peut pas être appelée GMSK lorsque l'indice de modulation n'est pas égal à 0,5.

Bien que la méthode de modulation directe soit simple, étant donné que le signal de modulation est généralement ajouté au VCO du synthétiseur de fréquence PLL, sa caractéristique passe-haut de boucle inhérente entraînera la perte de la composante basse fréquence du signal de modulation. Par conséquent, afin d’obtenir les caractéristiques idéales de modulation GFSK, une technique de modulation de fréquence directe appelée modulation à deux points est proposée. Dans cette technique, le signal de modulation est divisé en deux parties, une partie est ajoutée à l'extrémité VCO de la PLL selon la méthode de modulation de fréquence conventionnelle, et l'autre partie est ajoutée à l'extrémité oscillateur principal de la PLL. Parce que l'oscillateur principal n'est pas dans la boucle de rétroaction de contrôle, il peut être modulé par la composante basse fréquence du signal. De cette manière, le signal GFSK composite généré présente des caractéristiques spectrales qui peuvent être étendues au courant continu, et la sensibilité de modulation est fondamentalement une constante, qui n'est pas affectée par la bande passante de la boucle. Cependant, la modulation à deux points augmente la difficulté du contrôle de l'indice de modulation GFSK.

Modulation en quadrature

La modulation orthogonale est une méthode de modulation indirecte. Dans cette méthode, un signal numérique est soumis à un filtrage passe-bas gaussien et à une opération d'intégration de phase appropriée, puis divisé en deux parties : en phase et en quadrature. Les composantes en phase et en quadrature de la porteuse sont respectivement multipliées, puis le signal GFSK est synthétisé. Relativement parlant, le concept physique de cette méthode est clair et évite également l’endommagement des caractéristiques spectrales du signal lors de la modulation directe. D'un autre côté, le contrôle des paramètres GFSK peut être implémenté dans un filtre gaussien avec un facteur d'étalonnage et n'est pas affecté par le circuit de modulation de fréquence ultérieur, le contrôle des paramètres est donc plus simple. De ce fait, le traitement du signal en bande de base du modem en quadrature GFSK est particulièrement adapté à la mise en œuvre numérique.

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