目次
1. 信号の変調と復調
ほとんどのチャネルは、ベースバンド信号の送信には適していません。そのような低周波信号は送信中に大きな減衰と歪みを引き起こすからです。デジタル ベースバンド伝送では、デジタル信号はデジタル エンコーディングを通じてチャネル内で直接伝送できることがわかっていますが、これは短距離伝送 (同じローカル エリア ネットワーク内など) および複雑なネットワーク環境 (たとえば、次のような) にのみ適しています。異なる伝送メディアとチャネルタイプのネットワークの存在）、この方法で直接伝送することはできません。したがって、ベースバンド信号は変調され、チャネル伝送に適した形式に変換される必要があり、変調によってベースバンド信号が搬送波の特定のパラメータを制御し、そのパラメータが情報の規則に従って変化するようにすることができます。 「変調」処理です。「復調」は「変調」の逆の処理、つまり変調された信号から元の変調信号を復元する処理です。
変調の最も一般的な説明は、「高エネルギー」信号を使用して、伝播および送信のために別の「低エネルギー」信号を搬送する (単に「搬送する」と理解することもできます) というものです。別の信号を運ぶ信号は搬送波または搬送信号と呼ばれ、搬送される信号は本当に拡散または送信したい信号です。
ただし、変調は搬送信号を搬送信号に追加するだけですべてがうまくいくわけではありません。伝送システムで真の役割を果たすために必要なのは搬送信号だけです。搬送信号は単なる搬送波であり、本当に有用な搬送信号がその役割を果たせるようにする必要があります。このとき、搬送信号の振幅、周波数、または位相は、搬送される信号の関連特性によって決定する必要があります。
変調信号は通常、アナログ信号またはデジタル信号の低周波信号であるため、対応するアナログ信号変調 (またはアナログ変調) とデジタル信号変調 (またはデジタル変調) があります。デジタル変調とアナログ変調には本質的に違いはなく、どちらも正弦波変調ですが、ソース信号が異なります。デジタル変調のソース信号は離散パルスのデジタル信号ですが、アナログ変調のソース信号は連続正弦波信号です。
ここではデジタル信号変調技術のみを紹介します。
搬送波は、有用な低周波変調信号、通常は高周波信号を搬送するために使用される信号波です。変調技術により 変調信号によって搬送波のどのパラメータが変化するかは、特定の変調タイプによって異なります。制御されているパラメータが振幅の場合、この変調は振幅変調と呼ばれます。制御されているパラメータが周波数の場合、変調は振幅変調と呼ばれます。変調は周波数変調と呼ばれ、制御パラメータが位相の場合、この変調は位相変調と呼ばれます。受信端に到着した後、復調技術を通じて変調信号から有用なデータを分離できます。
では、なぜ変調に搬送波を使用するのでしょうか? 通常、送りたいデジタル信号の周波数は比較的低いため、そのままの周波数で伝送すると信号の減衰が大きくなり、長距離伝送には向きません。
変調プロセスを最初に実行する必要がある理由は、チャネル内の低周波信号の長距離かつ効率的な伝送を容易にするためです。
デジタル信号に搬送波変調を行う場合、アナログ搬送波変調では振幅変調、周波数変調、位相変調という 3 つの変調方式も使用します。しかし、それらにはすでに、ASK (振幅シフト キーイング、振幅キーイング)、FSK (周波数シフト キーイング、周波数キーイング)、および PSK (位相シフト キーイング、位相キーイング) という別の名前があります。ここで「キーイング」と呼ばれる理由は、これらの変調技術が電信送信から借用された用語である電子キーによって制御されることを意味します。これらはそれぞれ、搬送波 (正弦波) の振幅、周波数、または位相を使用してデジタル ベースバンド信号を搬送することに対応しており、アナログ線形変調と角度変調の特殊なケースとみなすことができます。
2. ASK（振幅偏移変調、振幅変調）
デジタル振幅変調技術である ASK (振幅シフト キーイング) は、ベースバンド デジタル信号とともに変化する正弦波搬送波の振幅のデジタル調整を指し、「オンオフ キーイング」(OOK) または「オン/オフ」とも呼ばれます。キーイング」。
デジタル ベースバンド信号がバイナリ コードの場合、それはバイナリ振幅キーイング (2ASK) と呼ばれ、ユニポーラ デジタル信号にのみ適しています。デジタル情報0または1を表すベースバンドの矩形パルスを使用して連続搬送波をキーイングし、搬送波を断続的に出力します。ユニポーラ波形の 0 はレベル出力がないためです。つまり、ソースデジタルベースバンド信号が 1 の場合はキャリア信号が送信され、0 の場合はゼロレベルが送信され、つまりキャリア信号は送信されません。
2ASK は最も古くて単純ですが、耐ノイズ性能が低いため (変調信号に基づいて出力信号の振幅を制御するだけで、干渉信号をフィルタリングできないため)、実際には広く使用されていません。他のデジタル変調方式を研究するための基礎としてよく使用されます
(1) キーイング方式とシミュレーション方式
キーイング方式とシミュレーション方式の2つの方式
2ASK信号の復調にもノンコヒーレント復調（包絡線検波方式）とコヒーレント復調（同期検波方式）の2つの方式があります。
(2) 2ASKノンコヒーレント復調
【1】Yi(t)は変調信号を表し、「バンドパスフィルター」（主に低周波および高周波の干渉信号をフィルタリングするために使用）を通過した後に波形が得られます。
[2] a信号を包絡線検波（エンベロープ：外面の現れ。包絡線検波とは周波数特性や位相特性など信号の振幅変化曲線を検出すること）する「エンベロープ検波器」にかけてb波形を得る。
実際、変調信号は単極性であり、正極性の波形出力のみを許可するため、これは極性フィルターです。
[3] b 信号を「ローパスフィルター」（b 信号の高周波成分を除去し、信号源の周波数特性に応じた波形のみを出力する）を通過させた後の c 波形。
【4】連続c波形を「サンプリング判定器」でサンプリングし、元の離散変調信号を復元します。
(3) 2ASKコヒーレント復調
【1】ノンコヒーレント復調と同じ
【2】a波形とキャリア信号coswctを乗算器で乗算し、b波形を求めます。単なる極性フィルターではなく、搬送波の周波数成分も含めて信号を強くします。
【3】ノンコヒーレント復調と同様
【4】ノンコヒーレント復調と同様
3. FSK周波数シフトキーイング
FSK はバイポーラ デジタル信号でのみ機能します。信号の振幅と位相を定数として扱い、周波数を変数として扱います。
たとえば、デジタル信号コード 1 は周波数 f1 の搬送波を使用して送信され、信号コード 0 は周波数 f2 を使用して送信されます。これは、「周波数シフト キーイング」とも呼ばれる、2 つの異なる周波数間の搬送波切り替えに相当します。
2ASK信号の生成と同様に、アナログ周波数変調方式またはキード周波数変調方式で実現できます。
アナログ周波数変調方式で生成される2FSK信号は、2つの周波数キャリアに対応しており、2つのキャリアはシンボル変換の瞬間に連続位相を保つことができるため、位相連続信号(CPFSK、Continuous-Phase Frequency Shift Keying、連続位相周波数)となります。シフトキー入力）。
1 つの搬送波のみが使用されるため、変調された S(t) 信号要素間の位相は連続的です。
キー付き周波数変調は、デジタル キーイングを使用して実装されます。デジタル マトリックス パルスを使用して電子スイッチを制御するため、電子スイッチは 2 つの独立した発振器 (異なる周波数の搬送波 f1 と f2 を生成) の間で切り替わり、異なる周波数を取得します。信号を変調します。
2FSK復調方式：周波数弁別方式、ゼロクロス検波方式、ノンコヒーレント復調方式（包絡線検波方式）、コヒーレントIOU（差動検波方式）
2FSKノンコヒーレント復調
サンプリングと判定はサンプリング判定器 (v1 と v2 はそれぞれ 2 つの信号のサンプリングに使用されます) と判定で実行され、v1>=v2 の場合は信号コード 1 が出力され、v1<v2 の場合は信号コード 0 が出力されます。出力。
2FSKコヒーレント復調
ゼロクロス検出方式
4. PSK (位相変調)
PSK (位相変調) は、バイポーラ デジタル ベースバンド信号を使用して搬送波の位相を制御して情報を送信する変調方式です。つまり、搬送波の異なる位相を使用して信号の信号コードを表します。
デジタル位相変調は、搬送波を 2 つの 2 ビットの間で切り替えるものであるため、「位相偏移変調」とも呼ばれます。
PSK は、 「絶対位相変調 (APSK )」と「相対位相変調」(または「差動位相変調」、差動位相変調、DPSK )に分けられます。
5. APSK変調
APSK変調：キャリアの位相を基準位相として変調します。シンボルが 1 の場合、変調信号は搬送波と同じであり、0 の場合、変調信号は搬送波と逆になります。つまり、変調後の 1 コードと 0 コードの位相差は 180 度になります。
APSK 復調: 変調された信号の位相が基準位相と同じである場合、信号コード 1 が送信され、それ以外の場合は 0 が送信されます。
6. DPSK変調
DPSK 変調: まず、差動エンコーダを使用してデジタル ベースバンド信号を差動エンコードします。つまり、絶対コード (元のベースバンド信号番号) を相対コードに変換してから、絶対位相変調を実行します。相対符号は、差動符号化によって得られる差分符号であり、変調信号の現在のシンボルのレベルが前のシンボルのレベルから変化するかどうかを利用して、送信されるデジタルコードを表現します。つまり、変化がない場合には０コードが送信され、変化がある場合には１コードが送信される。
「絶対位相変調」における位相反転の問題を解決するために、デジタル位相変調の前に差動符号化を実行し、その後、差動符号に対してバイナリデジタル位相変調を実行します。
DPSK 復調: 前後のシンボル間の相対位相値 (つまり、このシンボルの初期位相と前のシンボルの初期位相の差) を使用して、デジタル情報を送信します。規則: 位相オフセット値が 0 の場合は 0 コードが出力され、位相オフセット値が 180 度の場合は 1 コードが出力されます。
