Signál s fázovým kľúčom má tvar:

kde a sú konštantné parametre a je nosná frekvencia.

Informácie sa prenášajú cez fázu. Keďže pri koherentnej demodulácii je v prijímači nosná, aktuálny fázový posun sa vypočíta porovnaním signálu (3.21) s nosnou. Fázová zmena súvisí s informačným signálom jedna k jednej.

Binárne kľúčovanie fázovým posunom(BPSK – binárne kľúčovanie fázovým posunom)

Súbor hodnôt informačného signálu má priradenú jedinečnú korešpondenciu so súborom fázových zmien. Keď sa zmení hodnota informačného signálu, zmení sa fáza rádiového signálu o 180º. Signál BPSK teda možno zapísať ako

teda . Na implementáciu BPSK teda stačí vynásobiť nosný signál informačným signálom, ktorý má veľa hodnôt. Výstupné signály modulátora

, .

Ryža. 3.38. Časový tvar a konštelácia signálu BPSK:

a – digitálna správa; b – modulačný signál; c – modulovaná VF oscilácia; d – signálna konštelácia

Časový tvar signálu a jeho konšteláciu znázorňuje Obr. 3.38.

Podtypom rodiny BPSK je diferenciálny (relatívny) BPSK (DBPSK). Potreba relatívnej modulácie je spôsobená skutočnosťou, že väčšina schém obnovy nosnej frekvencie vedie k fázovej nejednoznačnosti obnovenej nosnej. V dôsledku zotavenia sa môže vytvoriť trvalý fázový posun o násobok 180º. Porovnanie prijatého signálu s rekonštruovanou nosnou v tomto prípade povedie k inverzii (zmene hodnôt všetkých bitov na opak). Tomu sa dá vyhnúť kódovaním nie absolútneho fázového posunu, ale jeho zmeny vzhľadom na hodnotu v predchádzajúcom bitovom intervale. Napríklad, ak sa v aktuálnom bitovom intervale zmenila hodnota bitu v porovnaní s predchádzajúcou, potom sa hodnota fázy modulovaného signálu tiež zmení o 180º, ak zostane rovnaká, potom sa fáza tiež nezmení.

Výkonová spektrálna hustota signálu BPSK sa zhoduje s hustotou signálu OOK, s výnimkou absencie signálu nosnej frekvencie v spektre:

, (3,22)

Kvadratúrne kľúčovanie fázovým posunom(QPSK – Quadrature Phase Shift Keying)

Kvadratúrne kľúčovanie fázovým posunom je štvorúrovňové kľúčovanie fázovým posunom (=4), v ktorom fáza vysokofrekvenčnej oscilácie môže nadobudnúť 4 rôzne hodnoty v prírastkoch π/2.

Vzťah medzi fázovým posunom modulovanej oscilácie z množiny a mnoho znakov (debitov) digitálnej správy je v každom konkrétnom prípade stanovená normou pre rádiový kanál a je zobrazená konšteláciou signálov na Obr. 3.39. Šípky označujú možné prechody z jedného fázového stavu do druhého.

Obrázok ukazuje, že korešpondencia medzi hodnotami symbolov a fázou signálu je stanovená tak, že v susedných bodoch konštelácie signálu sa hodnoty zodpovedajúcich symbolov líšia iba v jednom bite. Pri vysielaní v hlučných podmienkach bude najpravdepodobnejšou chybou určenie fázy susedného bodu súhvezdia. Pri tomto kódovaní, aj keď sa vyskytla chyba pri určovaní významu symbolu, bude to zodpovedať chybe v jednom (nie dvoch) bitoch informácie. Tým sa dosiahne zníženie pravdepodobnosti bitovej chyby. Táto metóda kódovania sa nazýva Gray kód.

Každá fázová hodnota modulovaného signálu zodpovedá 2 bitom informácie, a preto k zmene modulačného signálu pri modulácii QPSK dochádza 2 krát menej často ako pri modulácii BPSK pri rovnakej rýchlosti prenosu informácií. Je známe, že výkonová spektrálna hustota viacúrovňového signálu sa zhoduje s výkonovou spektrálnou hustotou binárneho signálu, keď sa interval symbolov nahrádza intervalom symbolov. . Pre štvorstupňovú moduláciu =4 a teda .

Výkonová spektrálna hustota signálu QPSK s modulačným signálom s pravouhlými impulzmi na základe (3.22) je určená výrazom:

.

Z tohto vzorca je zrejmé, že vzdialenosť medzi prvými nulami výkonovej spektrálnej hustoty signálu QPSK sa rovná , čo je 2 krát menej ako pre signál BPSK. Inými slovami, spektrálna účinnosť kvadratúrnej modulácie QPSK je 2-krát vyššia ako účinnosť binárnej modulácie BPSK.

Signál QPSK možno zapísať ako

Kde .

Signál QPSK môže byť reprezentovaný ako súfázové a kvadratúrne zložky

Kde - fázová zložka -tého symbolu,

Kvadratúrna modulácia a jej charakteristiky (QPSK, QAM)

Zvážte kľúčovanie s kvadratúrnym fázovým posunom (QPSK). Pôvodný dátový tok dk(t)=d0, d1, d2,… pozostáva z bipolárnych impulzov, t.j. dk nadobúda hodnoty +1 alebo -1 (obr. 3.5.a)), ktoré predstavujú binárnu jednotku a binárnu nulu. Tento impulzný tok sa delí na súbežný tok dl(t) a kvadratúrny tok - dQ(t), ako je znázornené na obr. 3.5.b).

dI(t)=d0, d2, d4,… (párne bity)

dQ(t)=d1, d3, d5,… (nepárne bity)

Pohodlnú ortogonálnu implementáciu signálu QPSK je možné získať pomocou amplitúdovej modulácie fázových a kvadratúrnych tokov na sínusových a kosínusových funkciách nosnej vlny.

Pomocou trigonometrických identít možno s(t) znázorniť v nasledujúcom tvare: s(t)=cos(2ŕf0t+u(t)). Modulátor QPSK znázornený na obr. 3.5.c), používa súčet sínusových a kosínusových členov. Prúd impulzov dI(t) sa používa na amplitúdovú moduláciu (s amplitúdou +1 alebo -1) kosínusovej vlny.

To je ekvivalentné posunutiu fázy kosínusovej vlny o 0 alebo p; výsledkom je teda signál BPSK. Podobne prúd impulzov dQ(t) moduluje sínusovú vlnu, ktorá vytvára signál BPSK ortogonálny k predchádzajúcemu. Sčítaním týchto dvoch ortogonálnych nosných zložiek sa získa signál QPSK. Hodnota u(t) bude zodpovedať jednej zo štyroch možných kombinácií dI(t) a dQ(t) vo výraze pre s(t): u(t)=00, ±900 alebo 1800; výsledné signálové vektory sú znázornené v signálovom priestore na obr. 3.6. Pretože cos(2pf0t) a sin(2pf0t) sú ortogonálne, dva signály BPSK môžu byť detekované oddelene. QPSK má oproti BPSK množstvo výhod: pretože pri modulácii QPSK jeden impulz prenesie dva bity, potom sa rýchlosť prenosu dát zdvojnásobí alebo pri rovnakej rýchlosti prenosu dát ako v schéme BPSK sa použije polovičné frekvenčné pásmo; a tiež zvyšuje odolnosť proti hluku, pretože Impulzy sú dvakrát dlhšie a teda silnejšie ako BPSK impulzy.

Ryža. 3.5.

Ryža. 3.6.

Kvadratúrnu amplitúdovú moduláciu (KAM, QAM) možno považovať za logické pokračovanie QPSK, keďže signál QAM tiež pozostáva z dvoch nezávislých amplitúdovo modulovaných nosných.

Pri kvadratúrnej amplitúdovej modulácii sa mení fáza aj amplitúda signálu, čo umožňuje zvýšiť počet kódovaných bitov a zároveň výrazne zlepšiť odolnosť voči šumu. Kvadratúrna reprezentácia signálov je pohodlný a pomerne univerzálny prostriedok na ich opis. Kvadratúrna reprezentácia má vyjadriť kmitanie ako lineárnu kombináciu dvoch ortogonálnych zložiek - sínusu a kosínusu (vo fáze a kvadratúry):

s(t)=A(t)cos(шt + ц(t))=x(t)sinоt + y(t)cosоt, kde

x(t)=A(t)(-sinс(t)),y(t)=A(t)cosс(t)

Takáto diskrétna modulácia (manipulácia) sa vykonáva cez dva kanály, na nosných navzájom posunutých o 900, t.j. nachádza sa v kvadratúre (odtiaľ názov).

Vysvetlime si činnosť kvadratúrneho obvodu na príklade generovania štvorfázových signálov PM (PM-4) (obr. 3.7).

Ryža. 3.7.

Ryža. 3.8. 16

Pôvodná sekvencia binárnych symbolov trvania T je pomocou posuvného registra rozdelená na nepárne impulzy y, ktoré sú privádzané do kvadratúrneho kanála (cosсht), a párne impulzy - x, privádzané do súfázového kanála (sinхt). Obe sekvencie impulzov sú privádzané na vstupy príslušných manipulovaných tvarovačov impulzov, na výstupoch ktorých sa vytvárajú sekvencie bipolárnych impulzov x(t) a y(t) s amplitúdou ±Um a trvaním 2T. Impulzy x(t) a y(t) prichádzajú na vstupy kanálových multiplikátorov, na výstupoch ktorých sa vytvárajú dvojfázové (0, p) kmity PM. Po sčítaní tvoria signál FM-4.

Na obr. 3.8. znázorňuje dvojrozmerný signálový priestor a množinu signálových vektorov modulovaných hex QAM a reprezentovaných bodmi, ktoré sú usporiadané v pravouhlom poli.

Z obr. 3.8. možno vidieť, že vzdialenosť medzi signálovými vektormi v signálovom priestore s QAM je väčšia ako s QPSK, preto je QAM odolnejšia voči šumu v porovnaní s QPSK,

5. PREHĽAD TYPOV MODULÁCIÍ

Transformácia nosnej harmonickej oscilácie (jedného alebo viacerých jej parametrov) v súlade so zákonom o zmene prenášanej informačnej sekvencie sa nazýva modulácia. Pri prenose digitálnych signálov v analógovej forme pracujú s konceptom manipulácie.

Spôsob modulácie hrá hlavnú úlohu pri dosahovaní maximálnej možnej rýchlosti prenosu informácií pri danej pravdepodobnosti chybného príjmu. Maximálne schopnosti prenosovej sústavy možno posúdiť pomocou známeho Shannonovho vzorca, ktorý určuje závislosť kapacity C spojitého kanála s bielym Gaussovým šumom od použitého frekvenčného pásma F a pomeru výkonov signálu a šumu Pc/ Psh.

kde PC je priemerný výkon signálu;

PSh je priemerný výkon šumu vo frekvenčnom pásme.

Šírka pásma je definovaná ako horná hranica skutočnej rýchlosti prenosu informácie V. Vyššie uvedený výraz nám umožňuje nájsť maximálnu hodnotu prenosovej rýchlosti, ktorú je možné dosiahnuť v Gaussovom kanáli s danými hodnotami: šírka frekvenčného rozsahu, v ktorom prebieha prenos (DF) a odstup signálu od šumu (PC/RSh).

Pravdepodobnosť chybného príjmu bitu v konkrétnom prenosovom systéme je určená pomerom PC/РШ. Zo Shannonovho vzorca vyplýva, že zvýšenie špecifickej prenosovej rýchlosti V/DF si vyžaduje zvýšenie nákladov na energiu (PC) na bit. Závislosť konkrétnej prenosovej rýchlosti od pomeru signálu k šumu je na obr. 5.1.

Obrázok 5.1 – Závislosť špecifickej prenosovej rýchlosti od pomeru signálu k šumu

Akýkoľvek prenosový systém môže byť opísaný bodom ležiacim pod krivkou znázornenou na obrázku (oblasť B). Táto krivka sa často nazýva hranica alebo Shannonov limit. Pre akýkoľvek bod v oblasti B je možné vytvoriť komunikačný systém, ktorého pravdepodobnosť chybného príjmu môže byť taká malá, ako je požadované.

Moderné systémy prenosu údajov vyžadujú, aby pravdepodobnosť nezistenej chyby nebola vyššia ako 10-4...10-7.

V modernej digitálnej komunikačnej technológii sú najbežnejšie frekvenčná modulácia (FSK), relatívna fázová modulácia (DPSK), kvadratúrna fázová modulácia (QPSK), posunutá fázová modulácia (offset), označovaná ako O-QPSK alebo SQPSK, kvadratúrna amplitúdová modulácia ( QAM).

Pri frekvenčnej modulácii zodpovedajú hodnoty „0“ a „1“ informačnej sekvencie určitým frekvenciám analógového signálu s konštantnou amplitúdou. Frekvenčná modulácia je veľmi odolná voči šumu, ale frekvenčná modulácia plytvá šírkou pásma komunikačného kanála. Preto sa tento typ modulácie používa v nízkorýchlostných protokoloch, ktoré umožňujú komunikáciu cez kanály s nízkym odstupom signálu od šumu.

Pri relatívnej fázovej modulácii sa v závislosti od hodnoty informačného prvku mení iba fáza signálu, pričom amplitúda a frekvencia zostávajú nezmenené. Navyše, každý informačný bit nie je spojený s absolútnou hodnotou fázy, ale s jej zmenou vzhľadom na predchádzajúcu hodnotu.

Častejšie sa používa štvorfázový DPSK, alebo dvojitý DPSK, založený na prenose štyroch signálov, z ktorých každý nesie informáciu o dvoch bitoch (dibit) pôvodnej binárnej postupnosti. Zvyčajne sa používajú dve sady fáz: v závislosti od hodnoty debitov (00, 01, 10 alebo 11) sa fáza signálu môže zmeniť na 0°, 90°, 180°, 270° alebo 45°, 135°, 225 °, resp. 315°. V tomto prípade, ak je počet kódovaných bitov väčší ako tri (8 pozícií rotácie fáz), odolnosť DPSK voči šumu sa výrazne zníži. Z tohto dôvodu sa DPSK nevyužíva na vysokorýchlostný prenos dát.

4-polohové alebo kvadratúrne fázovo modulačné modemy sa používajú v systémoch, kde teoretická spektrálna účinnosť vysielacích zariadení BPSK (1 bit/(s·Hz)) je nedostatočná pre dostupnú šírku pásma. Rôzne demodulačné techniky používané v systémoch BPSK sa používajú aj v systémoch QPSK. Okrem priameho rozšírenia metód binárnej modulácie na prípad QPSK sa využíva aj 4-polohová modulácia s posunom (offsetom). Niektoré odrody QPSK a BPSK sú uvedené v tabuľke. 5.1.

Pri kvadratúrnej amplitúdovej modulácii sa mení fáza aj amplitúda signálu, čo umožňuje zvýšiť počet kódovaných bitov a zároveň výrazne zlepšiť odolnosť voči šumu. V súčasnosti sa používajú modulačné metódy, pri ktorých počet informačných bitov zakódovaných v jednom baudovom intervale môže dosiahnuť 8...9 a počet pozícií signálu v signálovom priestore môže dosiahnuť 256...512.

Tabuľka 5.1 – Typy QPSK a BPSK

Binárne PSK	Štvorpolohový PSK	Stručný opis
BPSK	QPSK	Konvenčné koherentné BPSK a QPSK
DEBPSK	DEQPSK	Konvenčné koherentné BPSK a QPSK s relatívnym kódovaním a SVN
DBSK	DQPSK	QPSK s autokorelačnou demoduláciou (bez EHV)
FBPSK		BPSK alebo QPSK S patentovaným Feer procesorom vhodným pre nelineárne zosilňovacie systémy QPSK s ofsetom (offset) QPSK s posunom a relatívnym kódovaním QPSK s posunom a patentovanými procesormi Feer QPSK s relatívnym kódovaním a fázovým posunom o p/4

Kvadratúrna reprezentácia signálov je pohodlný a pomerne univerzálny prostriedok na ich opis. Kvadratúrna reprezentácia má vyjadriť vibráciu ako lineárnu kombináciu dvoch ortogonálnych zložiek - sínus a kosínus:

S(t)=x(t)sin(wt+(j))+y(t)cos(wt+(j)), (5,2)

kde x(t) a y(t) sú bipolárne diskrétne veličiny.

Takáto diskrétna modulácia (manipulácia) sa vykonáva cez dva kanály na nosičoch posunutých voči sebe o 90°, t.j. nachádza sa v kvadratúre (odtiaľ názov metódy reprezentácie a generovania signálu).

Vysvetlime si činnosť kvadratúrneho obvodu (obr. 5.2) na príklade generovania signálov QPSK.

Obrázok 5.2 – Obvod kvadratúrneho modulátora

Pôvodná sekvencia binárnych symbolov trvania T je rozdelená pomocou posuvného registra na nepárne Y impulzy, ktoré sú dodávané do kvadratúrneho kanála (coswt), a párne X impulzy, dodávané do súfázového kanála (sinwt). Obidve sekvencie impulzov prichádzajú na vstupy príslušných manipulačných tvarovačov impulzov, na výstupoch ktorých sa tvoria postupnosti bipolárnych impulzov x(t) a y(t).

Manipulačné impulzy majú amplitúdu a trvanie 2T. Impulzy x(t) a y(t) prichádzajú na vstupy kanálových multiplikátorov, na výstupoch ktorých sa tvoria dvojfázové fázovo modulované kmity. Po sčítaní vytvoria signál QPSK.

Vyššie uvedený výraz pre popis signálu je charakterizovaný vzájomnou nezávislosťou viacúrovňových manipulačných impulzov x(t), y(t) v kanáloch, t.j. Úroveň jedna v jednom kanáli môže zodpovedať úrovni jedna alebo nula v inom kanáli. V dôsledku toho sa výstupný signál kvadratúrneho obvodu mení nielen vo fáze, ale aj v amplitúde. Keďže manipulácia s amplitúdou sa vykonáva v každom kanáli, tento typ modulácie sa nazýva amplitúdová kvadratúrna modulácia.

Pomocou geometrickej interpretácie môže byť každý signál QAM reprezentovaný ako vektor v signálovom priestore.

Označením iba koncov vektorov pre signály QAM získame obraz vo forme signálneho bodu, ktorého súradnice sú určené hodnotami x(t) a y(t). Súbor signálnych bodov tvorí takzvanú signálnu konšteláciu.

Na obr. 5.3 je bloková schéma modulátora a obr. 5.4 – konštelácia signálu pre prípad, keď x(t) a y(t) nadobúdajú hodnoty ±1, ±3 (QAM-4).

Obrázok 5.4 – Schéma signálu QAM-4

Hodnoty ±1, ±3 určujú úrovne modulácie a sú relatívneho charakteru. Konštelácia obsahuje 16 signálových bodov, z ktorých každý zodpovedá štyrom prenášaným informačným bitom.

Kombinácia úrovní ±1, ±3, ±5 môže vytvoriť konšteláciu 36 signálnych bodov. Z nich však protokoly ITU-T využívajú iba 16 bodov rovnomerne rozložených v signálovom priestore.

Existuje niekoľko spôsobov, ako prakticky implementovať QAM-4, z ktorých najbežnejší je takzvaná metóda superpozičnej modulácie (SPM). Schéma, ktorá implementuje túto metódu, používa dva identické QPSK (obr. 5.5).

Použitím rovnakej techniky na získanie QAM môžete získať diagram pre praktickú implementáciu QAM-32 (obr. 5.6).

Obrázok 5.5 – Obvod modulátora QAM-16

Obrázok 5.6 – Obvod modulátora QAM-32

Získanie QAM-64, QAM-128 a QAM-256 prebieha rovnakým spôsobom. Schémy na získanie týchto modulácií nie sú uvedené kvôli ich ťažkopádnosti.

Z teórie komunikácie je známe, že pri rovnakom počte bodov v konštelácii signálu je odolnosť proti šumu systémov QAM a QPSK odlišná. Pri veľkom počte signálových bodov je QAM spektrum identické so spektrom signálov QPSK. Avšak signály QAM majú lepší výkon ako systémy QPSK. Hlavným dôvodom je to, že vzdialenosť medzi signálnymi bodmi v systéme QPSK je menšia ako vzdialenosť medzi signálnymi bodmi v systéme QAM.

Na obr. Obrázok 5.7 ukazuje konštelácie signálov systémov QAM-16 a QPSK-16 s rovnakou silou signálu. Vzdialenosť d medzi susednými bodmi konštelácie signálu v systéme QAM s úrovňami modulácie L je určená výrazom:

(5.3)

Podobne pre QPSK:

(5.4)

kde M je počet fáz.

Z vyššie uvedených vyjadrení vyplýva, že pri zvýšení hodnoty M a rovnakej úrovni výkonu sú systémy QAM výhodnejšie ako systémy QPSK. Napríklad s M = 16 (L = 4) dQAM = 0,47 a dQPSK = 0,396 a s M = 32 (L = 6) dQAM = 0,28, dQPSK = 0,174.

Môžeme teda povedať, že QAM je oveľa efektívnejšia v porovnaní s QPSK, čo umožňuje použiť viac viacúrovňovej modulácie s rovnakým odstupom signálu od šumu. Preto môžeme konštatovať, že QAM charakteristiky budú najbližšie k Shannonovej hranici (obr. 5.8), kde: 1 – Shannonova hranica, 2 – QAM, 3 – M-pozícia ARC, 4 – M-pozícia PSK.

Obrázok 5.8 - Závislosť spektrálnej účinnosti rôznych modulácií od C/N

Vo všeobecnosti systémy QAM s lineárnym ziskom M-pozície, ako je 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM, majú spektrálnu účinnosť vyššiu ako lineárny zisk QPSK, ktorý má teoretickú hranicu účinnosti 2 bity/(s∙Hz).

Jednou z charakteristických vlastností QAM sú nízke hodnoty výkonu mimo pásma (obr. 5.9).

Obrázok 5.9 – Energetické spektrum QAM-64

Použitie viacpolohovej QAM v čistej forme je spojené s problémom nedostatočnej odolnosti voči šumu. Preto sa vo všetkých moderných vysokorýchlostných protokoloch používa QAM v spojení s mriežkovým kódovaním (TCM). Konštelácia signálov TCM obsahuje viac signálových bodov (pozícií signálu), ako je potrebné na moduláciu bez kódovania mriežky. Napríklad 16-bitová QAM sa konvertuje na konšteláciu 32-QAM kódovanú v mriežke. Ďalšie konštelačné body poskytujú redundanciu signálu a možno ich použiť na detekciu a opravu chýb. Konvolučné kódovanie v kombinácii s TCM zavádza závislosť medzi po sebe nasledujúcimi signálnymi bodmi. Výsledkom bola nová modulačná technika nazývaná Trellis modulácia. Kombinácia špecifického kódu odolného voči šumu QAM vybraného určitým spôsobom sa nazýva štruktúra kódu signálu (SCC). SCM umožňujú zvýšiť odolnosť voči šumu prenosu informácií spolu so znížením požiadaviek na odstup signálu od šumu v kanáli o 3 - 6 dB. Počas procesu demodulácie je prijatý signál dekódovaný pomocou Viterbiho algoritmu. Práve tento algoritmus pomocou zavedenej redundancie a znalosti histórie prijímacieho procesu umožňuje pomocou kritéria maximálnej pravdepodobnosti vybrať najspoľahlivejší referenčný bod zo signálového priestoru.

Použitie QAM-256 umožňuje prenášať 8 stavov signálu, to znamená 8 bitov, v 1 baud. To vám umožní výrazne zvýšiť rýchlosť prenosu dát. Takže pri šírke prenosového rozsahu Df = 45 kHz (ako v našom prípade) je možné preniesť 1 baud, teda 8 bitov v časovom intervale 1/Df. Potom bude maximálna prenosová rýchlosť v tomto frekvenčnom rozsahu

Keďže v tomto systéme sa prenos uskutočňuje cez dva frekvenčné rozsahy s rovnakou šírkou, maximálna prenosová rýchlosť tohto systému bude 720 kbit/s.

Pretože prenášaný bitový tok obsahuje nielen informačné bity, ale aj obslužné bity, bude informačná rýchlosť závisieť od štruktúry prenášaných rámcov. Rámce používané v tomto systéme prenosu dát sú vytvorené na báze protokolov Ethernet a V.42 a majú maximálnu dĺžku K=1518 bitov, z toho KS=64 sú obslužné bity. Potom bude rýchlosť prenosu informácií závisieť od pomeru informačných bitov a servisných bitov

Táto rýchlosť presahuje rýchlosť uvedenú v technických špecifikáciách. Preto môžeme konštatovať, že zvolený spôsob modulácie spĺňa požiadavky stanovené v technických špecifikáciách.

Keďže v tomto systéme sa prenos uskutočňuje v dvoch frekvenčných rozsahoch súčasne, vyžaduje si organizáciu dvoch paralelne pracujúcich modulátorov. Treba však brať do úvahy, že je možné, aby sa systém prepol z hlavných frekvenčných rozsahov na záložné. Preto je potrebné generovanie a riadenie všetkých štyroch nosných frekvencií. Frekvenčný syntetizátor určený na generovanie nosných frekvencií pozostáva z generátora referenčného signálu, deličov a vysokokvalitných filtrov. Ako generátor referenčného signálu funguje kremenný generátor štvorcových impulzov (obr. 5.10).

Obrázok 5.10 - Generátor s kremennou stabilizáciou

S cieľom posúdiť stav informačnej bezpečnosti; - riadenie prístupu účastníkov stretnutia do priestorov; - organizovanie monitorovania vstupu do pridelenej miestnosti a okolitého prostredia počas stretnutia. 2. Hlavnými prostriedkami zabezpečenia ochrany akustických informácií počas rokovania sú: - inštalácia rôznych generátorov hluku, monitorovanie miestnosti...

Používate technológie počítačovej tlače? 10. Opíšte trestné činy uvedené v kapitole 28 Trestného zákona Ruskej federácie „Trestné činy v oblasti počítačových informácií“. ODDIEL 2. BOJ PROTI ZLOČINOM V OBLASTI POČÍTAČOVÝCH INFORMÁCIÍ KAPITOLA 5. KONTROLA ZLOČINU V OBLASTI VYSOKÝCH TECHNOLÓGIÍ 5.1 Kontrola počítačovej kriminality v Rusku Kontrolné opatrenia nad...

Z teórie komunikácie je známe, že binárna fázová modulácia BPSK má najvyššiu odolnosť proti šumu. V niektorých prípadoch je však možné znížením odolnosti komunikačného kanála voči šumu zvýšiť jeho priepustnosť. Navyše, použitím kódovania odolného voči šumu je možné presnejšie plánovať oblasť pokrytú systémom mobilnej komunikácie.

Štvorpolohová fázová modulácia využíva štyri hodnoty nosnej fázy. V tomto prípade by fáza y(t) signálu opísaného výrazom (25) mala nadobúdať štyri hodnoty: 0°, 90°, 180° a 270°. Bežnejšie sa však používajú iné fázové hodnoty: 45°, 135°, 225° a 315°. Tento typ znázornenia kvadratúrnej fázovej modulácie je znázornený na obrázku 1.

Obrázok 1. Polárny diagram štvorpolohového fázového modulačného signálu QPSK.

Rovnaký obrázok ukazuje bitové hodnoty prenášané každým stavom nosnej fázy. Každý stav prenáša dva bity užitočných informácií naraz. V tomto prípade sa obsahy bitov vyberú takým spôsobom, že prechod do susedného stavu nosnej fázy v dôsledku chyby príjmu nevedie k viac ako jedinej chybe bitu.

Typicky sa na generovanie modulačného signálu QPSK používa kvadratúrny modulátor. Na implementáciu kvadratúrneho modulátora budete potrebovať dva multiplikátory a . Vstupy multiplikátora je možné dodať so vstupnými bitovými tokmi priamo v kóde NRZ. takýto modulátor je znázornený na obrázku 2.

Obrázok 2. Bloková schéma modulátora QPSK – NRZ

Pretože v tomto prípade sa dva bity vstupného bitového toku prenášajú naraz počas jedného intervalu symbolov, symbolová rýchlosť tohto typu modulácie je 2 bity na symbol. To znamená, že pri implementácii modulátora by mal byť vstupný tok rozdelený na dve zložky – fázovú zložku I a kvadratúrnu zložku Q. Nasledujúce bloky by mali byť synchronizované symbolovou rýchlosťou.

Pri tejto implementácii je spektrum signálu na výstupe modulátora neobmedzené a jeho približná podoba je znázornená na obrázku 3.

Obrázok 3. Spektrum signálu QPSK modulovaného signálom NRZ.

Prirodzene, tento signál môže byť obmedzený v spektre pomocou pásmového filtra zahrnutého na výstupe modulátora, ale to sa nikdy nerobí. Filter Nyquist je oveľa efektívnejší. Bloková schéma kvadratúrneho modulátora signálu QPSK, postaveného pomocou Nyquistovho filtra, je znázornená na obrázku 4.

Obrázok 4. Bloková schéma modulátora QPSK s použitím Nyquistovho filtra

Nyquistov filter je možné implementovať iba pomocou digitálnej technológie, takže v obvode znázornenom na obrázku 4 je pred kvadratúrnym modulátorom umiestnený digitálno-analógový prevodník (DAC). Zvláštnosťou činnosti Nyquistovho filtra je, že v intervaloch medzi referenčnými bodmi by na jeho vstupe nemal byť žiadny signál, preto je na jeho vstupe tvarovač impulzov, ktorý vydáva signál na svoj výstup iba v čase referenčných bodov. Zvyšok času je na jeho výstupe nulový signál.

Príklad tvaru prenášaného digitálneho signálu na výstupe Nyquistovho filtra je znázornený na obrázku 5. Signál v grafe sa javí ako súvislý kvôli pomerne vysokej vzorkovacej frekvencii.

Obrázok 5. Príklad časového diagramu Q signálu pre štvorpolohovú fázovú moduláciu QPSK

Keďže sa vo vysielacom zariadení používa Nyquistov filter na zúženie spektra rádiového signálu, nedochádza k medzisymbolovému skresleniu signálu iba v signálových bodoch. To možno jasne vidieť z diagramu oka signálu Q znázorneného na obrázku 6.

Obrázok 6. Schéma oka signálu na vstupe modulátora Q

Okrem zúženia spektra signálu vedie použitie Nyquistovho filtra k zmene amplitúdy generovaného signálu. V intervaloch medzi referenčnými bodmi signálu môže amplitúda vzrásť vo vzťahu k nominálnej hodnote alebo klesnúť takmer na nulu.

Aby bolo možné sledovať zmeny v amplitúde signálu QPSK a jeho fáze, je lepšie použiť vektorový diagram. Fázorový diagram toho istého signálu znázorneného na obrázkoch 5 a 6 je znázornený na obrázku 7.

Obrázok 7 vektorový diagram signálu QPSK s α = 0,6

Zmena amplitúdy signálu QPSK je viditeľná aj na oscilograme signálu QPSK na výstupe modulátora. Najcharakteristickejšia časť diagramu časovania signálu znázorneného na obrázkoch 6 a 7 je znázornená na obrázku 8. Na tomto obrázku sú jasne viditeľné ako poklesy amplitúdy modulovaného nosiča signálu, tak aj zvýšenie jeho hodnoty vzhľadom na nominálnu úroveň.

Obrázok 8. Časový diagram signálu QPSK s α = 0,6

Signály na obrázkoch 5...8 sú zobrazené pre prípad použitia Nyquistovho filtra s faktorom zaokrúhľovania a = 0,6. Pri použití Nyquistovho filtra s nižšou hodnotou tohto koeficientu sa vplyv postranných lalokov impulznej odozvy Nyquistovho filtra prejaví silnejšie a štyri signálové cesty dobre viditeľné na obrázkoch 6 a 7 sa spoja do jednej súvislej zóny. . Okrem toho sa amplitúda signálu zvýši v porovnaní s nominálnou hodnotou.

Obrázok 9 – spektrogram signálu QPSK s α = 0,6

Prítomnosť amplitúdovej modulácie signálu vedie k tomu, že v komunikačných systémoch využívajúcich tento typ modulácie je potrebné použiť vysoko lineárny výkonový zosilňovač. Bohužiaľ, takéto výkonové zosilňovače majú nízku účinnosť.

Frekvenčná modulácia s minimálnym frekvenčným odstupom umožňuje znížiť šírku frekvenčného pásma, ktoré zaberá digitálny rádiový signál vo vzduchu. Avšak ani tento typ modulácie nespĺňa všetky požiadavky na moderné mobilné rádiové systémy. Typicky je signál MSK v rádiovom vysielači filtrovaný bežným filtrom. Preto sa objavil ďalší typ modulácie s ešte užším spektrom rádiových frekvencií vo vzduchu.

Literatúra:

1. "Návrh rádiových prijímacích zariadení" vyd. A.P. Sivers - M.: "Vyššia škola" 1976 s
2. Palshkov V.V. "Rozhlasové prijímacie zariadenia" - M.: "Rádio a komunikácie" 1984 s

Spolu s článkom „Štvorpolohová fázová modulácia (QPSK)“ čítajte:

http://site/UGFSvSPS/modul/DQPSK/

http://site/UGFSvSPS/modul/BPSK/

http://site/UGFSvSPS/modul/GMSK/

http://site/UGFSvSPS/modul/FFSK/

Kvadratúrne kľúčovanie fázovým posunom (QPSK)

Digitálne kľúčovanie fázovým posunom je zvyčajne definované počtom rôznych hodnôt fázového uhla: najjednoduchšie je binárne kľúčovanie fázovým posunom BPSK, kedy nosná naberá fázové hodnoty 0 alebo 180°. Keď sa jedna zo 4 hodnôt fázového uhla používa na opis jedného impulzu modulačného signálu, napríklad: 45°, 135°, -45°, -135°, potom v tomto prípade každá hodnota fázového uhla obsahuje dva bity informácie a tento typ kľúčovania sa nazýva kľúčovanie s kvadratúrnym fázovým posunom (QPSK).

Štvorpolohové (kvadratúrne) kľúčovanie fázovým posunom (QPSK) môže byť implementované ako 4-polohové s posunom O-QPSK (Offset Quadrature Phase-Shift Keying) alebo ako diferenciálne kvadratúrne kľúčovanie fázovým posunom DQPSK (Differential Quadrature Phase-Shift Keying).

Pri popise kvadratúrneho kľúčovania fázovým posunom QPSK uvádzame koncept symbolu. Symbol- elektrický signál predstavujúci jeden alebo viac binárnych bitov.

Pre prenášaný digitálny stream

0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0,...

každé dve binárne 1 možno nahradiť jedným znakom

Znázornenie skupiny binárnych jednotiek jedným symbolom umožňuje znížiť rýchlosť toku informácií. Symbolová rýchlosť signálu s QPSK je teda polovičná oproti rýchlosti signálu s BPSK. To umožňuje, aby sa šírka pásma obsadená signálom QPSK znížila približne na polovicu pri rovnakej bitovej rýchlosti.

Je možné zapísať kľúčovací signál kvadratúrneho fázového posunu

Kde U- amplitúda nosnej frekvencie čoo, ja- prirodzené číslo, (pi(t)- okamžitá hodnota fázy kmitania nosnej vlny, určená fázovým uhlom prijímaných hodnôt modulačného signálu

Kde i = 0,1,2,3.

Na vytvorenie QPSK sa používa obvod podobnej architektúry (obr. 10.31) ako obvod modulátora BPSK

Sériový digitálny stream (b«) konvertovaný v demultiplexore (sériovo-paralelný prevodník) na párne a nepárne zložky: vo fáze obsahujúce len nepárne (d" K) a kvadratúru (df), vrátane iba párnych bitov, sa po prechode cez dolnopriepustný filter (alebo signálový procesor) dostanú na vstupy dvojito vyvážených (kvadratúrnych) modulátorov. Kvadratúrne modulátory nastavujú zákon zmeny fázy nosnej oscilácie (QPSK) a po konverzii v sčítačke späť na sériový informačný tok je signál privedený cez zosilňovač na vstup PF. Pásmový filter obmedzuje šírku pásma rádiového signálu a potláča jeho harmonické.

Uvažujme zjednodušeným spôsobom o postupe generovania rádiového signálu a zdôrazňme hlavné procesy. V hornom ramene kvadratúrneho modulátora (a teda v dolnom) sa vynásobí párne číslo xi(t)(zvláštny XQ(t)) sekvencie s fázovou (kvadratúrnou) zložkou nosnej vlny COS O) 0 t

Ryža. 10.31

Signál na výstupe kvadratúrneho modulátora

Transformácia výsledného vzťahu do formy, kde môžu byť výrazy reprezentované vo forme

Potom bude mať vzťah (10.49) tvar resp

Ako je možné vidieť z (10.54), kvadratúrny modulátor možno použiť na moduláciu nosnej vlny v amplitúde aj vo fáze. Ak xi a xq nadobúdajú hodnoty ±1, potom získame signál s amplitúdovou moduláciou a ustálenou hodnotou rovnou V2. Zvyčajne sa predpokladá, že amplitúda nosnej je normalizovaná na jednotku a potom hodnoty amplitúdy digitálnych sekvencií xi a xq by malo byť ±1/%/2alebo ±0,707 (obr. 10.32). Kvadratúrny modulátor možno použiť aj v prípadoch, keď je potrebné súčasne modulovať amplitúdu a fázu kmitania nosnej vlny. Napríklad v prípade kvadratúrnej amplitúdovej modulácie (QAM) má každý symbol odlišnú fázu od predchádzajúceho symbolu a/alebo odlišnú amplitúdu.

Ryža. 10.32

Vďaka zdieľaniu bitového prúdu (b k) na fázovú a kvadratúrnu, fáza každej z nich sa mení len každé dva bity 2 Tb. Fáza kmitania nosnej vlny v tomto intervale môže nadobudnúť iba jednu zo štyroch hodnôt, v závislosti od hf!) A xd(1 ) (obr. 10.32a).

Ak počas nasledujúceho intervalu žiadny z impulzov digitálneho prúdu nezmení znamienko, potom nosná frekvencia ponechá fázu rádiového signálu nezmenenú. Ak jeden z impulzov digitálneho prúdu zmení znamienko, potom sa fáza posunie ± l/2. Keď dôjde k súčasnej zmene impulzov v (S/") A {1 ^), potom to vedie k fázovému posunu nosiča o l. Fázový skok o 180° vedie k poklesu amplitúdovej obálky na nulu (podobne ako na obr. 10.26). Je zrejmé, že takéto fázové skoky vedú k výraznému rozšíreniu spektra prenášaného signálu, čo je neprípustné v pevných sieťach a ešte viac v mobilných sieťach. Výstupný signál z modulátora je zvyčajne filtrovaný, zosilnený a potom prenášaný cez komunikačný kanál.