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: 4 из 4

модуляции

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

Цифровой

модулирующий

сигнал




Рис.3.12 . Функциональная схема модулятора

Как следует из табл.3.4, фазовый угол может принимать восемь различных значений с шагом . Соответственно, каждая квадратурная компонента при модуляции может принимать одно из пяти возможных значений: .

Квадратурные сигналы проходят фильтр обкатки (формирующий фильтр) и поступают на высокочастотные перемножители для формирования квадратурных компонент высокочастотного сигнала. На выходе сумматора имеет место полностью сформированный .
Демодулятор сигнала (рис.3.13) предназначен для формирования квадратурных компонент модулирующего сигнала и имеет структуру, зеркальную по отношению к функциональной схеме модулятора.








Рис. 3.13. Функциональная схема демодулятора сигнала

Высокочастотный модулированный сигнал поступает на ВЧ перемножители для преобразования спектра модулированного колебания в baseband диапазон. Математически сигналы на выходе фильтров низкой частоты описываются очевидными функциями:
3.54
Квадратурные компоненты на выходах сумматоров определяются следующим образом:
3.55
Как следует из уравнения 3.55, квадратурные сигналы на выходах сумматоров зависят от значения приращения фазового угла , соответствующего передаваемому двойному биту информации (табл.3.4).

2. 
   Квадратурная сдвиговая фазовая модуляция (OQPSK- Offset Quadrate Phase Shift Keying)
   

Как уже отмечалось ранее, амплитуда несущей QPSK сигнала теоретически постоянная. Однако при прохождении модулирующего сигнала через фильтр обкатки для ограничения спектра частот свойство постоянства амплитуды утрачивается. При передаче сигналов с BPSK или QPSK модуляцией изменение фазы может быть величиной или . Интуитивно понятно, что чем больше мгновенный скачок фазы несущей, тем больше сопутствующая АМ, возникающая при ограничении спектра сигнала. В самом деле, чем больше величина мгновенного изменения амплитуды сигнала при изменении его фазы, тем большую величину имеют гармоники спектра, соответствующего этому временному скачку. Другими словами, при ограничении спектра сигнала величина возникающей внутренней АМ будет пропорционально величине мгновенного скачка фазы несущей частоты.

В QPSK сигнале можно ограничить максимальный скачок фазы несущей. если использовать временной сдвиг величиной T_b между Q и I каналами, т.е. ввести элемент задержки величиной T_b в один из каналов (рис.3.14).
Q-компонента






R/2
R


R/2

I-компонента



Рис. 3.14. ОQPSK модулятор
Использование временного сдвига приведет к тому, что полное необходимое изменение фазы происходит в два этапа: сначала изменяется (или не изменяется) состояние одного канала, затем другого. На рис.3.15 показана последовательность модулирующих импульсов в и каналах для обычной QPSK модуляции. Длительность каждого импульса равна . Изменение фазы несущей при изменении любого символа в I или Q канале приводит к изменению фазы несущей на . Соответственно, при одновременном изменении модулирующего импульса в обоих каналах суммарное изменение фазы несущей частоты может быть 0 или . Если же в I канале установит задержку на один битовый интервал , то вся последовательность окажется смещенной по отношению к последовательности символов в Q канале. В этом случае одновременное изменение импульсов в обоих каналах невозможно. Следовательно, невозможно и мгновенное изменение фазы несущей частоты на величину . Суммарное изменение фазы несущей частоты на возможно только путем последовательного двукратного изменения фазы на с временным интервалом .








Рис.3.15. Модулирующие сигналы в I/Q каналах при QPSK и OQPSKмодуляции

2. 
   Сложная амплитудно-фазовая модуляция (QAM - Quadrate Amplitude Modulation)
   

Как амплитудная, так и фазовая модуляции являются линейными типами модуляции, для которых справедливо линейное соотношение между спектром модулирующего сигнала и спектром комплексной огибающей. Очевидно, что вследствие справедливости принципа суперпозиции, можно реализовать одновременное параллельное изменение как амплитуды, так и фазы сигнала. В этом случае выражение для -го передаваемого символа модулированного колебания (при использовании модулирующих импульсов прямоугольной формы) имеет вид:
3.56
Модуляция. в которой одновременно изменяются и амплитуда, и фаза несущей частоты, называется квадратурной амплитудной модуляцией QAM.

Цифровые модулирующие сигналы осуществляют независимую амплитудную и фазовую модуляции. Выбирая достаточно произвольно уровневый амплитудно модулированный сигнал и уровневый фазомодулированный сигнал, можно получить уровневый PAM-PSK сигнал. В одном символе информационной последовательности передается бит информации со скоростью .

Фазовая диаграмма QAM сигнала является комбинацией фазовых диаграмм PAM (линейная) и PSK (круговая). В частности, для часто используемого сигнала для сигнала m1=m2=4 сигнала (16QAM) фазовая диаграмма представляет собой четыре концентрических круга (отражающих четыре возможных различных амплитуды сигнала) с равномерно расположенными на каждом круге четырьмя позициями сигналов (отражающих четыре возможных фазовых состояния сигнала).
Спектральная плотность мощности QAM сигнала определяется как спектральная плотность модулирующего многоуровневого baseband сигнала (2.31), а именно: битовый интервал в преобразовании Фурье от временной формы импульса в цифровом модулирующем сигнале заменяется символьным интервалом . Так, например, для полярного 16-ти позиционного модулирующего сигнала с прямоугольными импульсами ( ) спектральная плотность мощности равна:
3.57
Из формулы 3.57 следует, расстояние между первыми нулями в распределении спектральной плотности мощности уменьшилось в 4 раза по сравнению с бинарным сигналом.
Таким образом, применение сложной QAM модуляции позволяет передавать большие объемы информации по линиям с ограниченной полосой частот. Следует отметить, что хотя спектральная эффективность многоуровневого сигнала повышается в раз, в M раз увеличивается количество уровней сигнала, а, значит, во столько же раз повышается требование к уменьшению шума для сохранения требуемого соотношения сигнал/шум при приеме сигнала. Поэтому до настоящего времени основной областью использования QAM сигналов является телефония (высокоскоростной Интернет) или сигнальные радиолинии (передача информации между стационарными компьютерами на короткое расстояние), где можно рассчитывать получить в любом случае высокое соотношение сигнал/шум. В подвижной радиосвязи, где потенциально возможны очень сильные замирания и система связи работает на пределе чувствительности приемников, этот вид модуляции практически не используется. Во всяком случае, до разработки методов приема, позволяющих принимать сигнал при относительно низком соотношении сигнал/шум.