1.3 Время-импульсная модуляция
Существует метод передачи данных от скважинного устройства к наземному оборудованию, в котором используется переменное синусоидальное напряжение для питания скважинного устройства. Информация передаётся с помощью модуляции по времени.
В этом методе момент генерации импульса связан с кодируемым словом. Информационный параметр задаётся временным смещением информационного импульса относительно начальной точки синусоидального напряжения, которое питает скважинное оборудование.
Этот метод позволяет усилить мощность информационных импульсов, но у него есть недостаток: нужно передавать разные импульсы, что снижает устойчивость системы к помехам. Также в данной системе применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), которая позволяет регулировать ширину импульсов в зависимости от значения управляющего сигнала. Этот метод обеспечивает передачу информации, закодированной в длительности импульсов, при постоянной частоте следования. Однако стоит отметить, что ШИМ характеризуется относительно низкой скоростью передачи данных, что является её основным недостатком.
1.4 Передача с использованием стартового и информационного импульса
В данном методе передачи генерируются стартовый импульс, информационный и последовательность квантующих импульсов. На наземной части формируется вторая последовательность импульсов, которая затем сравнивается с последовательностью, полученной от скважинного прибора. Информационные параметры кодируются временным смещением информационного импульса относительно стартового и последовательности квантования. Однако данный подход характеризуется существенным недостатком, связанным с необходимостью передачи коротких прямоугольных импульсов, обладающих широким спектром частот, что создаёт помехи и ограничивает параметры используемого кабеля.
1.5 Фазовая манипуляция
Фазовая манипуляция представляет собой одну из разновидностей фазовой модуляции, при которой значение фазы несущего колебания изменяется в зависимости от передаваемой информации. Двухпозиционная фазовая манипуляция является простейшей формой Фазовой манипуляции, в которой фаза несущего сигнала переключается между двумя фиксированными значениями: 0 и 180 градусов (рис.1.1). Этот вид манипуляции можно также рассматривать как частный случай квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) [7].
Принцип работы ДФМ основывается на использовании двух уровней фазы для представления двоичных данных. В случае двоичной фазовой манипуляции, логическому "0" соответствует фаза 0 градусов, а логической "1" — фаза 180 градусов. Таким образом, каждое изменение фазы несущего сигнала является информационным битом, что позволяет эффективно передавать цифровые данные с высокой помехоустойчивостью.
Рисунок 1.1 – Фазовое созвездие для двухпозиционной модуляции.
1.6 Амплитудные виды модуляции
Простейшим видом модуляции сигнала является амплитудная манипуляция. Модулированный сигнал имеет вид:
s(t) = A(c(t) + B) cos(ωt +φ0 ) (1)
где c(t) – информационный сигнал, A, B и φ0 постоянные, при этом B ≥ 0 , ω – несущая.
При В=0, манипуляция называется OOK (On-Off Keying,). Она используется в сигнализациях.
Рисунок 1.2 – Модуляция OOК
При B=1 модуляция называется ASK (Amplitude Shift Keying). OOK – частный случай ASK.
Сигнальное созвездие OOK и ASK показано на рис.1.3.
Рисунок 1.3 – а- сигнальное созвездие модуляции ООК, б – сигнальное созвездие модуляции ASK.
При модуляции ASK используется два значения амплитуды сигнала. При использовании большего количество значений амплитуды, спектральная эффективность повышается.
Сгруппируем биты исходного информационного сообщения в пары. Каждая такая пара называется символом. Если каждый бит имеет множество значений {0,1}, то каждый символ имеет четыре возможных значения из множества {00, 01, 10, 11}. Сопоставим каждому из возможных значений символа значение амплитуды радиосигнала из множества {0, A, 2A, 3A}.
Аналогичным образом можно группировать большее количество бит в одном символе. Получится многоуровневый сигнал M-ASK.
Сигнал M-ASK имеет вид, аналогичный (1).
Сигнальное созвездие для 8-ASK приведено на рис.1.4.
Рисунок 1.4. Сигнальное созвездие модуляции 8-ASK
Амплитудные виды модуляции имеют невысокую энергетическую эффективность и требуют высокую линейность и большой динамический диапазон усилителя мощности. Ошибка в амплитуде сигнала из-за нелинейности усилителя приведёт к символьной ошибке. Влияние помех изменяет амплитуду сигнала, поэтому амплитудные виды модуляции не обладают высокой помехоустойчивостью. Однако они достаточно просты в реализации. Из-за указанных недостатков амплитудные виды модуляции имеют ограниченное применение.