Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ка предыдущая полученная фаза точна, точен и фазовый эталон.
Рисунок 1.5 - Дифференциальная фазовая манипуляция
Квадратурная фазовая манипуляция
Если каждой сигнальной посылкой представить более одного бита, то это позволит эффективнее использовать полосу сигнала. Например, в распространенной кодировке, известной как квадратурная фазовая манипуляция, вместо сдвига фазы на 180, используются сдвиги фаз, кратные p/2 (90).
(1.1.7)
Таким образом, каждая сигнальная посылка представляет не один бит, а два.
Рисунок 1.6 - Полярная диаграмма сигнала четырехпозиционной фазовой модуляции
На рисунке 1.7 в общих чертах представлена схема модуляции четырехпозиционной фазовой модуляции. Вход - поток двоичных цифр со скоростью R = 1/tВ, где tB - ширина бита. Поток конвертируется в два отдельных потока битов со скоростью R/2 каждый. Полученные два потока называются синфазным (I) и квадратурным (Q). На диаграмме верхний поток модулируется на несущей fc путем умножения потока битов на несущую. Для удобства двоичная единица отображается в 1/2, а нуль - в -1/2. Таким образом, двоичная единица представляется несущей с измененным масштабом, а двоичный нуль - отрицательной версией несущей с измененным масштабом; амплитуда в обоих случаях постоянна. Для модуляции нижнего потока используется та же несущая, смещенная на 90. После этого два полученных сигнала складываются и передаются. Результирующий сигнал можно записать следующим образом:
(1.1.8)
Рисунок 1.7 - Схема модулятора четырехпозиционной фазовой модуляции
На рисунке 1.8 приведен пример кодирования QPSK. Оба модулированных потока являются сигналами двухуровневой фазовой манипуляции со скоростью передачи, равной половине скорости передачи исходного потока. Таким образом, скорость передачи символов в полученных сигналах равна половине скорости передачи битов на входе. Отметим, что при переходе от одного символа к другому возможно изменение фазы на 180 (p).
Рисунок 1.8 - Примеры сигналов четырехуровневой и ортогональной четырехуровневой фазовой модуляции
Поскольку четырехуровневой и ортогональной четырехуровневой фазовой модуляции отличаются только задержкой в квадратурном потоке, спектральные характеристики и вероятности ошибок обеих схем совпадают. Из рисунка 1.8 можно видеть, что в каждый момент времени изменить знак может только один из двух битов в паре сигналов следовательно, суммарное изменение фазы никогда не превысит 90 (p/2). Эта особенность может оказаться выгодной, поскольку физические ограничения модуляторов фазы не позволяют легко выполнять значительные изменения фазы при больших скоростях передачи. Кроме того, схема ортогональной четырехуровневой фазовой модуляции обеспечивает лучшую достоверность передачи в канале (в который входят и приемник с передатчиком), имеющем существенно нелинейные компоненты. Нелинейность приводит к расширению полосы передачи, что может вызвать интерференцию сигналов данного канала с сигналами соседних каналов. Поскольку контролировать расширение полосы намного легче при незначительных изменениях фазы, схема ортогональной четырехуровневой фазовой модуляции имеет преимущество перед схемой четырехуровневой фазовой модуляции.
Особенностью фазомодулированных сигналов является то, что их спектр ничем не ограничен. При применении фазовой модуляции в реальных радиоканалах спектр сигнала приходится ограничивать тем или иным способом. Первоначально ограничение спектра сигнала производилось при помощи полосового фильтра, включенного на выходе модулятора, однако это приводит к возникновению межсимвольной интерференции.
Рисунок 1.9 - Спектр сигнала двоичной фазовой модуляции
Спектр ограниченного по полосе сигнала с двоичной фазовой модуляцией и временная диаграмма фазы сигнала, полученного на приемном конце с выхода фазового демодулятора, приведены на рисунках 1.10 и 1.11.
Рисунок 1.10 - Спектр сигнала двоичной фазовой модуляции, ограниченного по спектру фильтром Баттерворта восьмого порядка
Рисунок 1.11 - Временная диаграмма изменения фазы при ограничении спектра радиочастотного сигнала
На рисунках 1.10 и 1.11 приведена предельная ситуация, когда межсимвольные искажения, возникающие на передающем конце радиолинии, еще не приводят к снижению помехоустойчивости сигнала. В результате ограничения спектра высокочастотное колебание кроме фазовой модуляции приобретает амплитудную составляющую модуляции. Эта ситуация иллюстрируется рисунком 1.12.
Рисунок 1.12 - Временная диаграмма сигнала двоичной фазовой модуляции при ограничении спектра радиочастотного сигнала
Описанная проблема долгое время ограничивала скорость передачи данных по радиоканалу, т.к. полосу пропускания фильтра определяли исходя из условия, что переходный процесс фильтра должен был закончиться до момента принятия решения о переданном сигнале в отсчетной точке. Затем Найквист предложил вариант, когда переходный процесс фильтра продолжается в течение времени передачи нескольких последующих передаваемых символов. Единственное условие, которое он наложил на переходную характеристику такого фильтра, это то, что она должна обращаться в ноль в моменты принятия решения (отсчетные точки). На поведение сигнала во всех остальных точках мы не обращаем внимания.
Фильтры, обладающие такой пер