Kluczowanie Amplitudy (ASK)
Modulacja cyfrowa poprzez przełączanie między dyskretnymi poziomami amplitudy.
Zasada Kluczowania Amplitudy (ASK)
Kluczowanie Amplitudy (ang. Amplitude-Shift Keying) to jeden z fundamentalnych typów modulacji cyfrowej. Podstawowa idea jest prosta: dane cyfrowe w postaci strumienia bitów (0 i 1) są używane do sterowania amplitudą o wysokiej częstotliwości. Podczas transmisji częstotliwość i faza fali nośnej pozostają stałe; zmienia się tylko jej siła (amplituda), aby reprezentować informację cyfrową.
Najprostsza Forma: Kluczowanie Włącz-Wyłącz (OOK)
Najbardziej podstawowym i intuicyjnym wariantem ASK jest kluczowanie włącz-wyłącz (ang. On-Off Keying). Jego działanie jest analogiczne do włączania i wyłączania latarki w celu wysłania wiadomości. Określona amplituda jest przypisana do logicznej '1', a zerowa (lub bliska zeru) amplituda do logicznej '0'.
- Logiczne '1': Fala nośna jest transmitowana ze stałą, wysoką amplitudą. (Sygnał WŁĄCZONY).
- Logiczne '0': Fala nośna nie jest transmitowana lub jest transmitowana z bardzo niską amplitudą. (Sygnał WYŁĄCZONY).
Analogia ze Świata Rzeczywistego: Kod Morse'a
Zasada OOK jest bardzo podobna do sposobu przesyłania kodu Morse'a za pomocą fal radiowych. Obecność tonu (fali nośnej) reprezentuje "kropkę" lub "kreskę", podczas gdy brak tonu reprezentuje przerwę. To sprawia, że OOK jest prostą, ale skuteczną metodą komunikacji binarnej.
ASK Interaktywnie (OOK / 2-ASK)
Parametry sygnału
Parametry amplitudy
Dane do transmisji
Sygnał zmodulowany ASK
Diagram konstelacji ASK
Poza Systemem Binarnym: Wielopoziomowe ASK (M-ASK)
Aby zwiększyć szybkość transmisji danych bez zwiększania szerokości pasma, ASK można rozszerzyć do użycia wielu poziomów amplitudy. Technika ta jest znana jako M-aryjne ASK lub M-ASK, gdzie 'M' reprezentuje liczbę odrębnych poziomów amplitudy.
Jeśli system używa poziomów, każdy poziom (symbol) może reprezentować bitów informacji. Na przykład, w 4-ASK używamy czterech różnych poziomów amplitudy do reprezentowania 2 bitów na symbol ('00', '01', '10', '11').
Kompromis
Chociaż M-ASK zwiększa , ma to swoją cenę: wymaga znacznie wyższego dla niezawodnego działania. Ponieważ poziomy amplitudy są bliżej siebie, nawet niewielka ilość szumu może spowodować, że odbiornik pomyli jeden poziom z innym, co prowadzi do błędów bitowych.
M-ASK Interaktywnie (4-ASK / 8-ASK)
Parametry sygnału
Parametry amplitudy
Dane do transmisji
Sygnał zmodulowany ASK
Diagram konstelacji ASK
Zalety i Wady ASK
Zalety
- Prostota: Nadajniki i odbiorniki ASK są stosunkowo proste i tanie w implementacji. Demodulator, zwłaszcza dla OOK, może być tak prosty jak detektor obwiedni.
Wady
- Podatność na Zakłócenia: Ponieważ informacja jest zakodowana w amplitudzie, ASK jest bardzo wrażliwe na szum, interferencje i zaniki sygnału, które bezpośrednio wpływają na amplitudę sygnału i mogą powodować błędy.
- Niewydajne Wykorzystanie Mocy: Zwłaszcza w OOK, moc jest przesyłana tylko dla logicznych '1'. Oznacza to, że aby osiągnąć wystarczającą średnią moc sygnału u odbiorcy, moc szczytowa podczas transmisji '1' musi być stosunkowo wysoka.
Praktyczne Zastosowania
Ze względu na swoją prostotę i niski koszt, ale także wrażliwość na zakłócenia, ASK jest używane głównie w specyficznych zastosowaniach:
- Komunikacja Światłowodowa: Często stosowane do cyfrowej transmisji danych na krótkie odległości przez kable światłowodowe, gdzie medium charakteryzuje się bardzo niskim poziomem szumu. Laser lub dioda LED jest po prostu włączana i wyłączana, aby reprezentować bity.
- Tanie Systemy Radiowe (RF): ASK jest idealne do prostych, niskobudżetowych aplikacji bezprzewodowych o niskiej przepływności. Obejmuje to urządzenia takie jak piloty do bram garażowych, systemy zdalnego sterowania oświetleniem oraz systemy monitorowania ciśnienia w oponach (TPMS).
- Sterowanie Przemysłowe: Używane w niektórych prostych systemach sterowania na krótkie odległości w środowiskach przemysłowych.