модулятор. Сверхширокополосная модуляция

• Название: Сверхширокополосная модуляция
• Анкор: модулятор
• Дата: 17.12.2022
• Размер: 0.86 Mb.
• Имя файла: S3123456_Modulation_Jeneral (1).doc
• Тип: Документы; #848831
• страница: 3 из 4

Огибающая несущей частоты. При РАМ модуляции временная форма амплитуды ВЧ колебания определяется видом модулирующего сигнала. При использовании униполярного модулирующего сигнала возможные значения амплитуды модулированного колебания 0 или А, что соответствует переменной амплитуде модулированного ВЧ колебания. Для полярного модулирующего сигнала возможные значения амплитуды модулированного колебания равны А или –А, что соответствует постоянной огибающей модулированного колебания.

При фазовой модуляции, в отличие от РАМ модуляции, огибающая несущей частоты всегда постоянна (3.44). Постоянство огибающей при РАМ (для полярного модулирующего сигнала) или при BPSK модуляции теоретически допускает использование нелинейных усилителей в передатчике. Однако в реальности всегда в той или иной степени спектр модулирующего сигнала ограничивается фильтром обкатки, что для РАМ или BPSK сигналов приводит к появлению сопутствующей АМ. Сопутствующая АМ возникает из-за того, что ограничение спектра сигнала всегда связано с изменением временной формы сигнала. Величина мощности, содержащаяся в боковых лепестках BPSK и РАМ модулированных сигналов относительно велика, поэтому велика и возникающая АМ. Искажения в нелинейном передатчике сигналов с АМ выражается в восстановлении (возрастании) боковых лепестков в спектре модулированного сигнала.

Поэтому усиление амплитудно или фаза модулированных сигналов производится с помощью линейных усилителей, степень линейности которых определяется допустимой величиной расширения спектра (регенерации боковых лепестков в спектре модулированного сигнала).
Наличие несущей с спектре сигнала. При РАМ модуляции спектральные свойства модулированного сигнала полностью повторяют спектральные свойства модулирующего сигнала, т.к. комплексная огибающая и модулирующий сигнал совпадают (см. табл.3.1). Если в качестве модулирующего сигнала используется полярный сигнал, то несущая частота в спектре модулированного сигнала отсутствует. Если же в качестве модулирующего сигнала используется униполярная последовательность, имеющая - функцию в спектральной плотности мощности на нулевой частоте, то и несущая частота будет присутствовать в спектре модулированного сигнала.

При BPSK модуляции комплексная огибающая модулирующего сигнала находится под функцией sin (cos), так что при модулирующем сигнале любого вида сомножителем при несущей частоте выступает полярный сигнал в области амплитуд от –1 до +1. Поскольку спектр полярного сигнала не содержит -функции на нулевой частоте, то и несущая частота при BPSK модуляции принципиально отсутствует в спектре модулированного сигнала вне зависимости от вида модулирующего сигнала.
Модулятор и демодулятор BPSK сигнала. Модулятор BPSК сигнала, очевидно, полностью совпадает с модулятором для бинарной РАМ. Сигнал BPSK не содержит в своем спектре несущей частоты и поэтому может быть принят только с помощью когерентного детектора рис. 3.8.

2. 
   Квадратурная фазовая модуляция (QPSK-Quadrate Phase Shift Keying)
   

Квадратурная фазовая модуляция QPSK является четырехуровневой фазовой модуляцией, при которой значения импульсов модулирующей последовательности, а, значит, и возможные значения фазы несущего колебания могут принимать четыре различных значения, расстояние между которыми равно . Поскольку абсолютные значения фаз не имеют значения, выберем их из ряда .

Каждому передаваемому символу (значению фазы) соответствует два бита информации. Соответствие между значениями модулирующего сигнала и передаваемыми битами информационной последовательности 00, 01, 10, 11 устанавливается в соответствии с кодом Грея или каким-либо иным алгоритмом. Очевидно. что длительность каждого символа модулирующего сигнала в два раза больше длительности передаваемого бита в информационной последовательности.

Подставляя возможные значения фазы в функции синус или косинус 3.44, получим, что комплексная огибающая может принимать значения . Следовательно, комплексная огибающая при квадратурной фазовой модуляции представляет собой двухуровневый полярный baseband сигнал с длительностью символа, равной удвоенному значению тактового интервала в исходном цифровом модулирующем сигнале. Как известно, спектральная плотность мощности многоуровневого сигнала совпадает со спектральной плотностью мощности бинарного сигнала при замене тактового интервала на символьный интервал . Для четырехуровневой модуляции М=4 и, следовательно, . Соответственно, спектральная плотность мощности QPSK сигнала (для положительных частот) определяется выражением:
3.50
Как следует из выражения 3.520 расстояние между первыми нулями в распределении спектра модулированного колебания равно , что в два раза меньше, чем для модуляции BPSK. Другими словами, квадратурная фазовая модуляция QPSK имеет в два раза большую спектральную эффективность, чем бинарная фазовая модуляция BPSK.
Модулятор QPSK сигнала наиболее просто реализуется в квадратурной схеме, реализующей квадратурную форму записи фазомодулированного сигнала 3.3.а, рис. 3.1. Функциональная схема модулятора QPSK сигнала показана на рис. 3.8.

Q-компонента



R/2
R


R/2

I-компонента



Рис. 3.8. QPSK модулятор

Преобразователь кода формирует квадратурные I/Q последовательности со вдвое меньшей скоростью в соответствии с принятым кодом. Алгоритм формирования квадратурных компонент соответствует значениям таблицы 3.2.
Табл.3.2. Значения комплексной огибающей и квадратурных компонент QPSK

сигнала в зависимости от передаваемых символов

	фаза символ 00	фаза символ 01	фаза символ 11	фаза символ 10
Q-компонента	1	-1	-1	1
I-компонента	1	1	-1	-1

Фильтры обкатки обеспечивают заданную полосу частот модулирующего (и, соответственно, модулированного) сигнала. На выходе сумматора имеется требуемый QPSK сигнал. Квадратурные компоненты несущей частоты поступают от схемы синтезатора частоты.

Сигнал QPSK, также как и сигнал BPSK, может быть принят только с помощью когерентного детектора, который является зеркальным отражением схемы модулятора и показан на рис. 3.9.

R/2







R/2

Рис.3.9 Демодулятор QPSK сигнала
Сигнал QPSK, как и сигнал BPSK, не содержит в своем спектре несущей частоты. Квадратурные компоненты несущей частоты, необходимые для работы когерентного детектора, могут быть получены из параллельно передаваемой несущей или восстановлены из принятого информационного сигнала.

2. 
   Дифференциальная фазовая модуляция (DBPSK – Differential Binary Phase Shift Keying)
   

Принципиальное отсутствие несущей частоты в спектре модулированного сигнала в некоторых случаях приводит к неоправданному усложнению демодулятора приемника. QPSK и BPSK сигналы могут быть приняты только когерентным детектором, для реализации которого необходимо либо передавать наравне с сигналом еще и опорную частоту или реализовать в приемнике специальную схему восстановления несущей. Очевидно, что для недорогой аппаратуры удобнее было бы использование значительно более простого детектора огибающей.

Применение детектора огибающий для фазомодулированных колебаний возможно в том случае, когда эта модуляция реализуется в дифференциальном виде (DPSK).

В системах передачи бинарных цифровых сигналов для реализации дифференциальной модуляции исходный цифровой модулирующий сигнал, прежде чем поступить на модулятор, кодируется по следующему алгоритму:

3.51


В передатчике дифференциальное кодирование реализуется в схеме задержки сигнала на временной интервал, равный длительности одного бита информации и несложной логической схемы (рис.3.10), реализующей функцию 3.51. Пример дифференциального кодирования показан в таблице 3.3.

m_k d_k

Рис. 3.10 Схема формирования дифференциального фазового

модулирующего сигнала

Табл.3.3 Дифференциальное кодирование бинарного цифрового сигнала

		1	0	0	1	0	1	1	0
		1	1	0	1	1	0	0	0
	1	1	0	1	1	0	0	0	1

Идея дифференциального кодирования состоит в том, что передается не абсолютное значение информационного символа, а его изменение (или не изменение) относительно предыдущего значения, т.е. каждый последующий передаваемый символ содержит в себе информацию о предыдущем символе. Тем самым для извлечения исходной информации в качестве опорного сигнала можно использовать не несущую частоту, а предыдущее значение символа. В самом деле, если в приемнике (рис.3.11) осуществить задержку принятого символа на один символьный интервал а затем произвести перемножение полученного и задержанного символов, но результатом этой операции будет исходная информационная последовательность:
3.52
После фильтрации с помощью ФНЧ или согласованного фильтра в 3.52 остается только постоянная составляющая и, с учетом 3.51, получим:


3.53





s_k m_k

s_k-1

Рис. 3.11 Некогерентный детектор дифференциального BPSK сигнала

Очевидно, что ни временная форма, ни спектральный состав дифференциального DВPSK сигнала не будет отличаться от обычного BPSK сигнала.

2. 
   Дифференциальная фазовая модуляция ( - Differential Quadrate Phase Shift Keying)
   

Модуляция является формой дифференциальной фазовой модуляции, специально разработанной для четырехуровневых QPSK сигналов. Сигнал этого вида модуляции может быть демодулирован некогерентным детектором, как это свойственно сигналам DBPSK модуляции.

О тличие дифференциального кодирования в модуляции от дифференциального кодирования в DBPSK модуляции состоит в том, что передается не относительное изменение модулирующего цифрового символа, а относительное изменение модулируемого параметра, в данном случае фазы. Подробный анализ показывает, что сигнал лучше, чем DBPSK или QPSK сигналы, сохраняется при многолучевом распространении и фединге, характерных для мобильной связи.

Фазовые состояния модулированного сигнала выбирается из двух четырехпозиционных фазовых диаграмм QPSK сигнала, сдвинутых друг относительно друга на
Блок-схема модулятора показана на рис.3.12. Исходная бинарная информационная последовательность поступает в преобразователь код-фаза. В преобразователе каждой паре соседних символов назначается приращение фазового угла в соответствии с таблицей 3.4. Отметим, что в отличии от таблицы 3.2 для обычной QPSK, каждой паре информационных символов ставится в соответствие не фазовый угол, а приращение фазового угла. Сформированная в соответствии с табл. 3.4 последовательность приращений фазового угла со скоростью, в два раза меньшей битовой скорости передачи символов информационной последовательности, поступает на вычислители квадратурных I/Q компонент комплексной огибающей.
Табл. 3.4. Формирование квадратурных компонент для