การสื่อสารอนาล็อก

บทที่ …
การผสมสัญ ญาณ
(Modulation)
ระบบสื่อสารแบบแอนาล็อก (Analog Communication) 3105 - 2016
ครูวิศาสตร์ ปุญญา
สาขาวิชาอิเล็กทรอนิกส์ สาขางานอิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม
วิทยาลัยการอาชีพขอนแก่น

Modulation
 Why Modulate?
• ช่องสัญญาณเพิมขึ้น
่
• ได้ขนาดของช่องสัญญาณทีกว้างขึ้น
่
• ลดขนาดของสายอากาศ
 How Modulate ?
• Amplitude frequency
phase
v( t ) = Ac cosθ c = Ac cos[ ωct + φ c ]

การมอดูเลตเชิงเส้น : DSB-LC
xc( t ) = x( t )cos ωc t X ( ω + ω c ) X ( ω − ωc )
 การมอดูเลตเชิงเส้น Xc( ω ) =
2
+
2
Anten
Multipli
na
er×
x(t)
X(ω)
x(t) cosω Am
ct

t -W 0 ω
W X (ω)
xc(t)= Ac c

cosωct ω
t −ωc 0 ωc
F{x(t)cosωc
x(t)cos Lower Upper
ωct t} Am/ Sideba Sideba
t −ωc 2
0 nd ωc nd ω
2W 2W
รูปที่ 3.1 รูปสัญญาณทางเวลาและทางความถีของ
่
สัญญาณทีมอดูเลต
่

การมอดูเลตเชิงเส้น (Linear
modulations)
1. Double Sideband Large Carrier,DSB-LC หรือ
สัญญาณ AM จะส่งทังสอง sideband รวมทั้งพาหะ
้
2. Double Sideband Suppressed Carrier,DSB-SC
ส่งทั้งสอง sideband เหมือน AM แต่ไม่ส่งพาหะ
3. Single Sideband,SSB จะส่ง sideband เดียวแต่ได้
สัญญาณครบถ้วน
4. Vestigial Sideband,VSB เป็นการส่ง sideband
หนึงรวมกับบางส่วนของอีก sideband ไปด้วย
่

 การมอดูเ ลตแบบ AM ( DSB-LC)
x AM ( t ) = x( t )cos ωct + A cos ωc t
X(ω)
xm Am
ω
(t) t -W 0 W
F{xm(t)cos
xm(t)cos
t ωct}/2
A m ω
ωct −ωc
0 ωc

xc(t)=Acco Xc(ω)
ω
sωct t −ωc 0 ωc

xm(t)cosωct+Acc F{xm(t)cosωct+Ac
Envelope
osωct t cosωct /2
A }m ω
−ωc 0 ωc
Carrier
รูป ที่ 3.2 สัญ ญาณ DSB-LC (AM) ทางเวลาและความถี่


 การมอดูเลตแบบ AM ( DSB-LC)
• Modulation Index
xAM ( t ) = Acos ωct + mA cos ωmt cos ωct = A( 1 + m cos ωm t )cos ωc t

m = peak DSB - SC
peak carrier
• % Mod.
( max.magnitude ) − ( min.magnitude )
% mod .=
( max.magnitude ) + ( min.magnitude )

= ( 1 + m ) A − ( 1 − m ) A x 100
(1 + m)A + (1 − m)A

= m × 100 %

การมอดูเ ลตแบบ AM ( DSB-LC)
cosωmt xAM(t) :
t m<1 t

Acosωc xAM(t) :
t
t
m=1
t

xAM(t) :
Amcosωmt
Acosωct m>1
t t

รูป ที่ 3.4 สัญ ญาณ AM ที่ม อดูเ ลตด้ว ยดัช นีม อดูเ ลตต่า ง
กัน

 กำาลังของพาหะและกำาลังของ sideband ใน AM

x ( t ) = x ( t )cos ω c t + A cos ω ct
2
AM
2 2 2 2

= x 2( t ) + A2
2 2
x 2( t ) = P + P
2
P = A + 2
t c s
2

Pt =กำาลังทังหมด
้ Pc =กำาลังพาหะ Ps =กำาลังของ
sideband

การมอดูเลตเชิงเส้น : DSB-SC
 การมอดูเลตแบบ DSB-SC ( t ) = x( t )cos ω c t
x DSB
Anten
Multipli
na
er×
x(t)
X(ω)
x(t) cosω Am
ct

t -W 0 ω
W X (ω)
xc(t)= Ac c

cosωct ω
t −ωc 0 ωc
F{x(t)cosωc
x(t)cos Lower Upper
t} Am/
ωct Sideba Sideba
t −ωc 2
0 nd ωc nd ω
2W 2W

การมอดูเลตเชิงเส้น : SSB
 การมอดูเ ลตแบบ SSB
กรณีส ัญ ญาณหลายความถี่ สัญ ญาณความถี่เ ดีย ว
Upper
Sideband
ω ω
−ωc 0 ωc −ωc 0 ωc

Lower Lower
Sideband Sideband

ω ω
−ωc 0 ωc −ωc −ωc + 0 ωc - ωc
ωm ωm

ω ω
−ωm 0 −ωm 0
ωรูป ที่ สเปกตรัม ของสัญ ญาณ
รูป ที่ 3.5
m ωm SSB

การมอดูเลตเชิงเส้น : SSB
x(t) sideband x(ω)
X filter,H( ω) x (t)
SSB
x (t)
DSB
0 ω
cosωc t ω
x ( )
DSB

−ω 0 ωc ω
c
H(ω)

−ω 0 ωc ω
c
xSSB (ω)

−ω 0 ωc ω
c

รูปที่ 3.6 SSB modulator ใช้การกรองส่วน upper sideband

การมอดูเลตเชิงเส้น : VSB
 การมอดูเ ลตแบบ VSB
Hv (ω )

u(ω - ωc )
0 ω
ωc

รูป ที่ 3.7 ทรานสเฟอร์ฟ ัง ก์ช ัน ของวงจรกรองสำา หรับ VSB
Picture Idealized
carrier receiver
characteristic Audio
Remainder (FM)
lower sideband Video Color
burst
Frequency
0.75 MHz
1.25 MHz 3.58 MHz
4 MHz 4 MHz
4.5 MHz
6MHz

รูป ที่ 3.8 สเปกตรัม ของสัญ ญาณโทรทัศ น์

การมอดูเลตเชิงเส้น

 การสร้างสัญญาณมอดูเลตเชิงขนาด
1. มอดูเลตแบบผลคูณ (Product modulation)
2. มอดูเลตโดยใช้คุณสมบัติความไม่เป็นเชิงเส้นของ
อุปกรณ์
3. มอดูเลเตอร์แบบสวิตชิง (Switching
modulator,chopper modulator)

การมอดูเลตเชิงเส้น : การสร้างสัญญาณมอดูเลตเชิง
ขนาด

1. มอดูเลตแบบผลคูณ (Product modulation)

+
X Σ x (t)
AM
+
x(t)
cos ωct

รูปที่ 3.9 บล๊อกไดอะแกรมการสร้างสัญญาณ DSB-LC

ขนาด

2. มอดูเลตโดยใช้คุณสมบัติความไม่เป็นเชิง
เส้นของอุปกรณ์ a
xo( t ) = a1 x ( t ) + a2 x 2 + a2cos2ωc t + a1 [ 1 + 2 a 2 x ( t ) ] cos ω ct
1

+
x(t) ∼ Bandpass
+ R filter x (t)
0
kcos ωt ∼
c
@c
ω

รูปที่ 3.10 วงจรกรองสำาหรับสัญญาณ AM

ขนาด

อุปกรณ์์
Accosωct
Amplitude Ac [1+x(t)] cos ωt+x(t)
c
x(t) Modulator
2x(t) Accosωct
Adder
-x(t)
Amplitude
-Accosωct Modulator - Ac[1+x(t)]cosωct-x(t)

รูปที่ 3.11 การสร้างสัญญาณ DSB-SC จาก AM

ขนาด

อุปกรณ์

รูปที่ 3.12 วงจรบาลานซ์มอดูเลตเตอร์ทใช้อุปกรณ์ไม่
ี่
เป็นเชิงเส้น

ขนาด
3. มอดูเลเตอร์แบบสวิตชิง (Switching modulator,chopper
modulator)
Bandpass
x(t) ei (t) eo (t)
ωc filter@ ωc

cosωct ~
x(t) ei (t) eo (t)
t t 0 t
0 0

Bandpass
x(t) ei (t) eo(t)
filter@ ωc

~
cosωct

รูปที่ 3.13 วงจรมอดูเลเตอร์สัญญาณ DSB แบบ chopper

ขนาด

3. มอดูเลเตอร์แบบสวิตชิง (Switching modulator,chopper
modulator)
x(t) + ωc
~ R
Bandpass
filter v (t)
kcosωct + ω
o

~ @c

รูปที่ 3.14 วงจรมอดูเลตเตอร์สัญญาณ AM แบบ chopper

ขนาด
Single Side Band
• โดยวิธี Filter
• วิธีเลื่อนเฟส

Balance Modulator
x(t) X x(t)cosω t
c
cosωct +
-90 o o Σ xSSB +(t)
_
-90 +
_
^
sin ωct ^
x(t) x(t)sinωct
X
รูปที่ 3.15 การสร้างสัBalanceSSB โดยวิธีเลื่อนเฟส
ญญาณ Modulator

การมอดูเลตเชิงเส้น : การดีมอดูเลตสัญญาณเชิงขนาด
 เอ็นเวลโลปดีเทคชัน
xi (t)
C R
t xi (t) xo(t)

xo(t) xo(t) xo(t)

t t t
Correct RC RC too large RC too small

รูปที่ 3.16 เอ็นเวลโลปดีเทคเตอร์


 ซิงโครนัสดีเทคชัน
x DSB ( t )cos ωct = x( t )cos 2ωct
= x( t ) + x( t ) cos 2ωct
2 2

F { x DSB ( t )cos ωct } = X ( ω ) + X ( ω + 2ω c ) + X ( ω − 2ω c )
2 4 4

ซิงโครนัสดีเทคชัน (synchronous
detection)
โคฮีเรนต์ดีเทคชัน (coherent detection)


ซิงโครนัสดีเทคชัน (synchronous detection)

รูปที่ 3.17 Synchronous
detection

• heterodyning
 IF (intermediate frequency)

Speaker

Audio
RF amplifier RF amplifier RF amplifier Demodulator
amplifier

Station

(¡)
Selector Volume

Speaker

Audio
RF amplifier X IF amplifier Demodulator
amplifier

Local
Oscillator
Volume

Station Selector

(¢)

รูปที่ 3.18 เครื่องรับวิทยุ (ก) แบบ TRF (ข) แบบ Superheterodyne

Frequency-Division Multiplexing:FDM
X1 (ω ) X2 (ω ) X3(ω )

ω -ωm ω ω
-ωm 0 ωm 0 ωm -ωm 0 ωm
Antenna
x1 (t) X
x2(t) ω1
X + +
Σ transmitter
+
ω2
x3 (t) X
ω3

ω
0 ω1 ω2 ω3
2m
ω 2m
ω 2m
ω
Antenna Demodulator Antenna
BPF
@1 x1(t)
ω x1 or
(t)
Tunable
x2 or
BPF x2 (t)
@2
ω BPF
Demodulator (t)
BPF x3 (t) Receiver x3(t)
@3
ω
Receiver

การมอดูเลตเชิงมุม (Angle
modulations)
1. Phase modulation (PM) เปลี่ยนแปลงมุมเฟสตามสัญญาณที่ต้องการ
มอดูเลต
θ ( t ) ∝ x( t )
θ ( t ) = ω c t + k p x( t ) + θ0
[
x PM ( t ) = A cos ω c t + k p x( t ) + θ0 ]
2. Fequency modulation (FM) เปลี่ยนแปลงความถ์ี์่เชิงมุมตาม
เชิ
สัญญาณที่ต้องการมอดูเลต

ω i ( t ) ∝ x( t )
ω i ( t ) = ω c + k f x( t )
θ ( t ) = ω c t + ∫ k f x( t )dt + θ 0
[
x FM ( t ) = A cos ω c t + ∫ k f x( t )dt + θ 0 ]

การมอดูเลตแบบ FM (Frequency
Modulation)
 ให้สญญาณที่ต้องการมอดูเลตเป็นm ( t ) = Am cos ω m t
ั x
[
x FM ( t ) = A cos ω c t + ∫ k f Amcos ωmt dt ]
= A cos ω c t + ωm sin ω m t 
∆ω

 

x FM ( t ) = A cos[ ω c t + β sin ω m t ]

x FM ( t ) = A cos ω ct cos( β sin ω mt ) − A sin ω ct sin( β sin ω mt )
Kf Modulation sensitivity
∆ ω = kAm Frequency deviation
β = ∆ω
เรียกว่า modulation index
ωm

Frequency Modulation :
Narrow-band Frequency Modulation (NBFM)

 Narrow-band Frequency Modulation (NBFM) ในกรณีท ี่  <0.2
cos( β sin ωmt ) ≈1
sin( β sin ωmt ) ≈ β sin ω mt
xFM ( t ) = A cos ω ct − Aβ sin ω ct sin ω mt

xFM ( t ) = A cos ω c t − 1 βA cos( ω c − ω m )t + 1 βA cos( ω c + ω m )t
2 2

รูป ที่ 3.21 (ก ) เปรีย บเทีย บสเปกตรัม AM และ NBFM

ωm
A
A(1-m)=min A(1+m)=max
-ωm
(¢)
βA βA
2 2
β ωm -ωm
A

(¤)
รูป ที่ 3.21 (ต่อ ) (ข ) เฟสเซอร์ไ ดอะแกรมของ AM (ค ) เฟสเซอร์ไ ดอะแกรมของ
NBFM
 Bandwidth

B = 2 fm


 Wide-band Frequency Modulation (WBFM) ในกรณีท ี่
 >0.2 sin ω t ) = J ( β ) + 2 J ( β ) cos 2ω t + 2 J ( β ) cos 4ω t +.......
cos( β m 0 2 m 4 m

sin( β sin ωm t ) = 2 J 1 ( β ) sin ω m t + 2 J 3 ( β ) sin 3ω m t + 2 J 5 ( β ) sin 5ω m t + .......
0.8 J0

0.6 0.8
J1
0.4 J2J
3
0.6 Arrows show initial values for J ( )=0.0
nβ
J0 J1 J 0.4 J4 J J6 J J
0.2 2 J3 J0 J1 J2 J
3 0.2 5 7 8

0 0
J 0.2J4J5 J6J7J8
-0.23
0.4
-0.4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
β
-0.6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20β
รูป ที่ 3.22 เบสเซลฟัง ก์ช ัน ที่ค ่า  และ n ต่า งๆ


 สมการ wide band FM

β
 Spectrum 0.4
fc

1.5

fc

4.0 fc

7.0
fc
9.0
fc

รูป ที่ 3.23 เส้น สเปกตรัม สัญ ญาณ FM ที่  ค่า ต่า งๆ


 WBFM bandwidth
• แบนด์วิดท์ของคาร์สน (carson bandwidth)
ั

B = 2( β + 1 ) f m = 2( ∆f + f m )

การสร้างสัญญาณ Frequency Modulation

 การสร้างสัญญาณ FM
• การสร้างโดยตรง
 Varactor tuner circuit
 VCO (Voltage control oscillator)

• การสร้างโดยทางอ้อม


 การสร้า งโดยตรง
• Varactor tunner circuit
1
fc =
2 π LC
E1

L C0 Varactor
diode

C1

E2
รูป ที่ 3.26 วงจรสร้า งความถี่พC2 x(t)
าหะโดยใช้ varactor
0


 การสร้า งโดยตรง
 VCO (Voltage control oscillator)
Vcc
R2 R1
1.5k
0.001µF

x(t)
C2 V 56 84
c
SE/NE 566
R3
10k
7 13
C1

รูป ที่ 3.27 วงจรมอดูเ ลตที่ใ ช้ VCO (IC 566)

การสร้างสัญญาณ Frequency
ModulationAudio
การสร้า งโดยทางอ้อ ม x(t) Integrator x(t)dt Preemphasis
 baseband

90 o Product
400kHz Phase shift modulator
Crystal-
controlled
oscillator
+
400 kHz
+24.4 kHz
_

Multiplier 1.0208MHz Down 12.8 MHz Multiplier
x96 781.25Hz converter 781.25Hz x32
98 MHz
75 kHz

Power Crystal-
controlled
amplifier oscillator

To aerial

รูป ที่ 3.28 Armstrong Modulator สำา หรับ ความถี่ VHF

การดีเทคสัญญาณ FM (FM detectors)

 การดีเทคโดยการเปลี่ยนเป็นสัญญาณ AM
• 1. Differenciating circuit
• 2. Tune circuit
• 3. Raito detector
• 4. Quadrature detector
 Zero crossing detection
 การดีเทคโดย เฟสล๊อคลูป (Phase lock loop)

การดีเทคสัญญาณ FM (FM detectors))

 การดีเทคโดยการเปลี่ยนเป็นสัญญาณ AM
• หลักการของ discriminator

vo
slope k

δω
−∆ω ∆ω

รูปที่ 3.29 Discriminator Action

 Zero crossing detection (Quadrature detector)

รูป ที่ 3.30 รูป คลื่น แสดงการเปรีย บเทีย บเฟส ค่า เฉลี่ย ของผลคูณ
สัญ ญาณจะแปรตามการเปลี่ย นแปลงเฟส


 การดีเทคโดย เฟสล๊อคลูป (Phase lock loop)
Mixer
x in products~ d.c.α cos θ xmout
at ωt
X 2ω+d.c. ~ A

VCO o/p vcon a cos θ
VCO
at ωt+θ

รูปที่ 3.31 วงจร Phase -locked loop

Digital Modulation
 Carrier Modulation Schemes
• ASK , FSK , PSK
• QAM, etc.(MSK, DQPSK )
 Consideration to
• Maximum data rate
• Minimum probability of symbol error
• Minimum transmitted power
• Minimum channel bandwidth
• Maximum resistance to interfering signal
• Minimum circuit complexity

Digital Modulation :ASK
 Amplitude Shift Keying :ASK

1 0 1 1 0 1 0 0
1 0

(A)

1 0 11 01 00
1 0

(B)

A) binary ASK B) 4-Array ASK

Digital Modulation : FSK
 Frequency Shift Keying :FSK

1 0 1 1 0 1 0 0
1 0

(A
)

1 0 11 01 00
1 0

(B
)

A) binary FSK B) 4-Array FSK

Digital Modulation : PSK
 Phase Shift Keying :PSK
1 0 1 1 0 1 0 0
1 0

(A
)

1 0 11 01 00
1 0

(B
)

A) binary PSK B) 4-Array PSK (quad phase shift keying)

Digital Modulation : QAM

 Quadrature Amplitude Modulation :QAM
00 01 11
10 φ1 φ2

0000 0001 0011
φ2 0010

00 1000 1001 1011
1010

10 φ1
1100 1101 1111
1110

11 0100 0101 0111
0110

10

Multiplexing :
 Frequency Division Multiplex;FDM
 Time Division Multiplex;TDM

Multiplexing :FDM
 Frequency Division Multiplex;FDM

Signal MOD1 @ f 1
DEMOD1 @ f 1 Signal
1
1

2
Signal MOD2 @ f 2 f DEMOD2 @ f 2 Signal
f1 f2 f3 f4 2

Signal MOD3 @ f 3
DEMOD3 @ f 3 Signal
3
3

Si gnal MOD4 @ f 4
DEMOD4 @ f 4 Signal
4
4

ตัว อย่า งการมัล ติเ พล็ก ซ์เ ชิง ความถี่

Multiplexing :FDM
 ลำาดับชั้นการมัลติเพล็กซ์ ใน FDM

Supergroup

312
Ch1 552
Ch2 312
Ch3 552
312 Mastergro
Ch12 Group 552 Supergroup up
Group Supergrou
Ch1 Ch1 p
60
2 108
31 55 81 2044
2 2 2
60
108
60
108

60
108

Multiplexing :TDM

Signal
Signal
1
1
4 3214321 4321 4321
Signal Signal
2 2

Signal Signal
3 3

Signal Signal
4 4

ตัว อย่า งการมัล ติเ พล็ก ซ์เ ชิง เวลา สัญ ญาณอนาลอก

Multiplexing :TDM
Bit
clock
Signal
A

Signal
B

Signal
C
Signal
D

Multiplexed Signal
A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A
B C D

การมัล ติเ พล็ก ซ์เ ชิง เวลาของสัญ ญาณดิจ ิต อล

Multiplexing Standard
 T-Carrier
Channel 1 Channel 2 Channel 24
1bit 1bit 1bit fram
signa e
7 bit data signal 7 bit data signal 7 bit data l sync

1 frame 193 bit
เฟรมของ T1 carrier
T1 T2 T3 T4
outpu outpu outpu
24 t 1 t 1 t 1 output

voice 2
. 1 st 2 nd 2 3 rd 2 4 th
Channe . 3 3 3 274.176 Mb/s
l . Level Level . Level . Level (4032 VF)
. 4 multiplexer . multiplexer
64 multiplexer . multiplexer
7 6
kb/s
each

T1 line T2 line T3 line
1.544 Mb/s (24 Voice) 6.312 Mb/s (96 44.736 Mb/s
Voice) (672Voice)

ลำา ดับ ชั้น ของการมัล ติเ พล็ก ซ์ ของ T1 carrier

Multiplexing Standard
 CCITT
Level 1 Level 2 Level 3
output output output Level 4
output
30 1 1 1
voice 1 st 2 2 nd 2 3 rd 2 4 th
139.264 Mb/s
(1920 Voice
.
Level 3 Level 3 Level 3 channel)
Channe . Level
. multiplexer 4 multiplexer 4 multiplexer 4
l .
multiplexer

64 kb/s
each

2.048 Mb/s (30 Voice) 8.448 Mb/s (120Voice) 34.368 Mb/s (480 Voice)

ลำา ดับ ชั้น ของการมัล ติเ พล็ก ซ์ ตามมาตรฐาน CCITT

Multiple Access

 Frequency Division Multiple Access
;FDMA
 Time Division Multiple Access ;TDMA

 Code Division Multiple Access ;CDMA

Multiple Access
 Frequency Division Multiple
Access;FDMA
• each station(user) use different
frequency
• at all time (same time)

Multiple Access

 Time Division Multiple
Access;TDMA
• each station(user) use different time
slot
• same frequency

Multiple Access

 Code Division Multiple
Access;CDMA
• each station(user) use different code
• Same frequency
• Same time

การสื่อสารอนาล็อก

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à การสื่อสารอนาล็อก

Similaire à การสื่อสารอนาล็อก (7)

Plus de jaggapun12345

Plus de jaggapun12345 (6)

การสื่อสารอนาล็อก

Notes de l'éditeur