Amplituudmanipulatsioon

Amplituudmanipulatsioon (inglise amplitude shift-keying, lühend ASK) on digitaalmodulatsioon, mille korral moduleeritakse kandevõnkumise amplituudi digitaalset informatsiooni kandva signaaliga. Amplituudmanipulatsiooni vormide hulka kuuluvad OOK, APSK ja MASK. Modulatsioon on info edastamiseks kasutatava signaali (kandesignaali) mingi parameetri muutmine ülekantava infosignaali muutumise taktis. Modulatsiooni eesmärgiks on tagada piiratud sagedusalas ülekandekanalis signaali edastamine, vähendada edastatava signaali kuju või tema vajaliku parameetri moonutusi ülekandel ja edastada mitut signaali samaaegselt ülekandekanalites. Digitaalmodulatsiooni korral moduleeritakse pidevat kandevõnkumist piiratud arvu väärtustega digitaalsignaaliga. Kõige lihtsamal kujul on tegu binaarse digitaalsignaaliga, mille kaks võimalikku väärtust on 1 ja 0. Digitaalse modulatsiooni puhul on eesmä rgiks pigem signaali sümbolte selline edastus, mis võimaldaks vastuvõtjas signaali sümboleid üksteisest vigadeta eristada kui signaali ajaline kuju. Antud modulatsiooni korral võib signaali kuju muutuda sest oluline on vaid signaali äratundmine. Digitaalsete modulatsiooniviiside juures on kvaliteedi näitajaks biti vea tõenäosus. Kandeesignaali moduleerimine toimub kolme võimaliku suuruse manipuleerimisega – kandelaine amplituud, sagedus ja faasinurk. Demoduleerimine võib olla nii koherentne kui ka mittekoherentne. Koherentse demoduleerimise juures on vastuvõtja poolel signaali faas teada kuid mittekoherentse demoduleerimise puhul on signaali faas tadmata. On võimalik vaadelda rohkem kui 1 bittiga edastatavat signaali, näiteks võime signaali vaadelda kui kahe biti kombinatsioone ja üldjuhul on võimalike väärtuste arv M=2^q . Antud signaali korral kasutatakse nn mitmepositsioonilisi modulatsiooniviise. Digitaalset modulatsiooni võib vaadelda kui kaheosalist protseduuri, kus esimeses osas teisednatakse digitaalne sisendsignaal vahepealseks analoogsignaaliks ja teises osas toimub analoog-modulatsioon. Amplituudmanipulatsioon ehk ASK on digitaalmodulatsioon, mille korral moduleeritakse kandevõnkumise amplituudit digitaalset informatsiooni kandva signaaliga. Selle eesmärgiks on kanda sümbolid üle võimalikult väikeste vigadega. Amplituudmanipulatsiooni puhul on tegu piiratud arv amplituudidega, kus iga amplituud kodeerib võrdne arv bitte. ASK nagu ka AM on lineaarne ja tundlik atmosfääri müradele, moonutustele. ASK on suhteliselt odav protsess. Amplituudmanipulatsiooni kasutatakse näiteks kiudopikas ja ka mõnes kommunikatsioonisüsteemis just tänu selle lihtsusele. ASK-i puhul manipuleeritakse kandelaine amplituud vastavalt binaarse sisendsignaali väärtusele 1 või 0. LED saatja juures, binaarne 1 tähistab lühikest valguse impulssi ja binaarne 0 sümboliseerib valguse puudumist. Kõige lihtsam ja levinum moodus manipuleerida signaali binaarsele süsteemile oleks lülitada amplituudi sisse ja välja. Viimase nimetus on on-off keying ehk OOK. ASK-süsteemi võib jaotada kolme plokki. Esimene neist sümboliseerib saatjat, teine on lineaarne mudel kanali mõjudest ja kolmas näitab vastuvõtja struktuuri. Manipulatsioon saab toimuda kas NRZ- või RZ-formaadis. NRZ- (non-return.to-zero) formaadi puhul on tegu binaarse koodiga, kus väärtus 1 on esitatud mingi positiivse pingega ning väärtuse 0 juures on tegemist negatiivse pingega, sel juhul on impulssidel rohkem energiat kui RZ-formaadi puhul. RZ (return to zero) kirjeldab olukorda, kus signaali väärtus läheb nulli kõigi impulsside vahel. Kõik impulsid on hõlpsasti eristatavad, kuid RZ puuduseks NRZ ees on see, et RZ kasutab kaks korda suuremat ribalaiust kui NRZ. Samuti on kasutusel mõningates kohtades RZI (return-to-zero, inverted) kus binaarse signaali 0 korral on signaal (mis on lühem kui kella tsükkel) ja kui binaarne signaal on 1 siis impulss puudub. OOK puhul on tegu binaarsüsteemiga mis edastab digitaalseid andmeid kandevsignaali eksisteerimise ja puudumisega. Binaarsüsteemi 1 tähistaks kandevsignaali olemasolu mingi teatud kestusega ja kui signaal puudub, siis oleks tegu 0-ga. On-off keying on kõige lihtsamal kujul kasutatud morsekoodi edastamiseks raadio sagedustel. OOK kasutatakse ka optilistes kommunikatsioonisüsteemides. Lennunduses on OOK kasutusel näiteks lennujaamades kus pole meeskonda, et piloodid saaksid VHF raadio kaudu lülitada sisse maandumisraja tuled. Kõige lihtsam moodus on-off keying-u teostamiseks on kasutada mingit lülitusseadet. OOK puhul toimub koherentne vastuvõtt ning kasutatakse õige sageduse ja faasiga tüüritavat sünkroondetektorit millele järgneb madalpääsfilter. Enne MASK-i ehk M-järku amplituudmanipulatsiooni tuleb uurida PAM- ehk impulss-amplituudmodulatsiooni, kuna MASK-i võib pidada PAM-i alamklassiks. Imulss-amplituudmodulatsiooni puhul on informatsioon kodeeritud signaaliimpulsside amplituudidesse. Tegu on analoog-impulssmodulatsiooni skeemiga. Näide: kahebitine modulaator (PAM-4) võtab kaks bitti korraga ja paigutab signaaliamplituudi ühele neljast võimalikust väärtusest, näiteks -3 volti, -1 volt, 1 volt ja 3 volti. PAM on kasutusel internetis (Fast Ethernet 100BASE-T2) ja näiteks ka LED-draiverite puhul. MASK-i puhul on andmete bititd koondatud n arv gruppidesse. Iga grupp on paigutatud amplituudile. MASK kujutab endast n arv erinevate amplituudidega bitte mitte nagu OOK kus edastati signaali ühe biti kaupa. Kui sümboli kestus jätta samaks, vajab MASK-süsteem OOK-ga sama ribalaiust, kuid bittide arv on M-järku amplituudmanipulatsiooni juures n korda suurem . APSK ehk amplituud ja faasimanipulatsioon on digitaalne modulasioon kus andmed kantakse edasi kas muutes või moduleerides nii kandevsignaali amplituudi kui ka faasi. See kombineerib amplituudmanipulatsiooni (ASK) ja faasimanipulatsiooni (PSK), et suurendada sümbolite edastamise hulka ühes sekundis. APSK eelis näiteks 16-QAM ees on väiksem arv võimalikke amplituude mis põhjustab vähem probleeme mitte-lineaarsetes võimendites. Modulatsioon Ants Meister. Modulatsioon, Tallinn: TTÜ kirjastus, 1999. Fuqin Xiong. Digital Modulation Technique, Norwood: ARTECH HOUSE, 2006.