Материал: 637_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.2_
каналов поступают на один из двух входов двухпозиционных фазовых модуляторов 2-ФМI и 2-ФМQ (рис. 3.27, 3.28).
Временные диаграммы работы амплитудных и фазовых модуляторов в модуляторе 8-ОФМ (рис. 327) представлены на рис. 3.31.
Генератор рис. 3.27 вырабатывает сигнал несущей частоты cos 0t с
фазами 00 и 1800 для синфазного канала и через фазовращатель на /2 с фазами 900 и 2700 для квадратурного канала.
Эти сигналы несущей частоты с двумя состояниями фазы каждый подаются на вторые входы двухпозиционных фазовых модуляторов синфазного и квадратурного каналов.
1
f1( t1 )
f2( t2 ) 0.5 f3( t3 )
f4( t4 ) 0 f5( t5 )
f6( t6 )
0.5
f7( t7 )
1 0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
а) сигнал на выходе фазового модулятора синфазного канала
1
f1( t1 )
f2( t2 ) 0.5 f3( t3 )
f4( t4 ) 0 f5( t5 )
f6( t6 )
0.5
f7( t7 )
1 0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
б) сигнал на выходе фазового модулятора квадратурного канала
Рис. 3.31 а, б. Сигналы на выходах фазовых модуляторов квадратурных каналов
Двухпозиционная фазовая модуляция осуществляется первыми цифровыми потоками I1 в синфазном и Q1 в квадратурном каналах. Как
следует из таблицы 3.7 смена символов 0 и 1 в потоке I1 ( Q1 ) приводит к смене
91
знака в четырехуровневом сигнале. Следовательно, смена знака в синфазном и квадратурном каналах в модуляторе 8-ОФМ передается скачком фазы 180
несущей частоты на выходе двухпозиционных фазовых модуляторов рис. 3.31,
а и б.
1
f1( t1 )
f2( t2 ) 0.5 f3( t3 )
f4( t4 ) 0 f5( t5 )
f6( t6 )
0.5
f7( t7 )
1 0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
в) сигнал на выходе амплитудного модулятора синфазного канала
1
f1( t1 )
f2( t2 ) 0.5 f3( t3 )
f4( t4 ) 0 f5( t5 )
f6( t6 )
0.5
f7( t7 )
1 0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
|
|
|
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 |
|
|
|
|
г) сигнал на выходе амплитудного модулятора квадратурного канала
1
f1( t1 )
f2( t2 ) 0.5 f3( t3 )
f4( t4 ) 0 f5( t5 )
f6( t6 )
0.5
f7( t7 )
1 0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
д) сигнал на выходе сумматора модулятора 8-ОФМ
Рис. 3.31 в, г, д. Временные диаграммы сигналов на выходах амплитудных модуляторов и сумматора в модуляторе 8-ОФМ
92
Итак, двухпозиционная фазовая модуляция несущей в синфазном и квадратурном каналах необходима для передачи положительных и отрицательных значений амплитуд модулирующих сигналов, так как посредством только амплитудной модуляции передача положительных и отрицательных значений амплитуд модулирующих сигналов невозможна.
С выходов двухпозиционных фазовых модуляторов промодулированные по фазе сигналы несущей частоты поступают на входы амплитудных модуляторов синфазного АМI и квадратурного АМQ каналов. На вторые входы этих модуляторов поступают четырехуровневые модулирующие сигналы с выходов цифроаналоговых преобразователей соответствующих каналов через фильтры нижних частот рис. 3.27, 3.28.
В результате фазовой и амплитудной модуляции на выходе каждого амплитудного модулятора получается амплитудно-фазовая модуляция рис. 3.31, в и г. После суммирования этих двух амплитудно-фазово модулированных сигналов получается сигнал восьмипозиционной фазовой модуляции рис. 3.31,
д
s(t) xk cos 0t yk sin 0t, |
(3.55) |
где xk и yk – амплитуды модулирующих сигналов в синфазном и
квадратурном каналах, соответственно. Значения амплитуд этих сигналов приведены в таблице 3.7.
Для сигнальных множеств, которые могут представляться в координатах «фаза – амплитуда», т.е. на фазово-амплитудной плоскости, таких как М-ОФМ (MPSK) или М-КАМ (MQAM) (многопозиционная квадратурная амплитудная модуляция), из уравнения (3.55) можно сделать следующий вывод. Из этого уравнения следует, что квадратурная реализация модулятора сводит все эти виды модуляции к двухпозиционной фазовой и амплитудной модуляции рис.
3.11.
Каждый вектор модулированного сигнала (сигнальная точка на фазовоамплитудной плоскости) передается посредством двухпозиционной фазовой и амплитудной модуляции его синфазной и квадратурной проекций на косинусоидальный и синусоидальный компоненты его несущей. Напомним, что каждая сигнальная точка на фазово-амплитудной плоскости представляет конец вектора, длина которого равна амплитуде выходного сигнала, а фаза – фазе выходного сигнала
Например, сообщение 000 кодируется сдвигом фаз 8, точка 1 на |
|
фазово-амплитудной плоскости модулятора рис. 3.29, а амплитуды |
|
модулирующих импульсов в синфазном и квадратурном |
каналах равны, |
соответственно, xk 0,924, yk 0,383. Тогда в соответствии |
с (3.55) получим |
выходной сигнал модулятора
|
|
|
s(t) 0,924cos 0t 0,383sin 0t cos 0t |
. |
(3.56) |
|
8 |
|
93 |
|
|
После сложения двух квадратурных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией получится сигнал 8-ми позиционной фазовой модуляции с постоянной амплитудой сигнала рис. 3.31, д.
Так как при 8-ОФМ тактовая частота символов, которыми модулируется сигнал несущей частоты, в три раза меньше тактовой частоты бит входного цифрового сигнала, следовательно, и полоса частот модулированного сигнала уменьшится в три раза рис. 3.32 по сравнению с полосой занимаемой таким сигналом при двухпозиционной модуляции формула (3.4) рисунок 3.3
П8 ОФМ |
2 ПЦС |
FTs |
(1 ) |
FT |
(1 ) |
(3.57) |
|
b |
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
Из (3.57) и (1.10) следует, что максимальная спектральная эффективность
8-ОФМ 3.
Из уравнений для определения полосы занимаемой модулированным сигналом для двух, четырех и восьмипозиционной фазовой модуляции следует, что полоса частот, занимаемая модулированным сигналом при М-позиционной фазовой модуляции
ПМ-ОФМ |
2 ПI (Q) |
FT |
(1 ) |
FT |
(1 ) |
(3.58) |
|
b |
, |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
log2 M |
где ПI (Q) – полоса, занимаемая модулирующим сигналом (потоком символов) в синфазном I или квадратурном Q канале.
G( f )
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
f |
|
0 |
f |
|
|
f |
0 |
|
F |
0 |
0 |
|
0 |
F |
|
|
|
|
||||
|
|
f |
|
|
|
|
b |
F |
|
|
F |
b |
|
3 |
b |
|
|
b |
3 |
|
/ |
|
|
/ |
|
||
|
6 |
|
|
6 |
|
|
Рис. 3.32 Спектральная плотность мощности сигнала 8-ОФМ
В (3.58) знаменатель представляет собой количество цифровых потоков символов n , на которое разделяется входной цифровой поток бит для осуществления М-позиционной фазовой модуляции
94
n log2 M , |
M 2n. |
(3.59) |
3.2.5.2 Демодулятор 8-ОФМ
При реализации модулятора 8-ОФМ на основе квадратурных сигналов рис 3.27 возможно только когерентное детектирование. Структурная схема когерентного демодулятора 8-ОФМ приведена на рис. 3.33.
|
|
ФД синфазный |
Is (t) |
|
|
I1 |
|
|
|
||
|
|
|
ФНЧ |
РУ |
АЦП |
I2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
cos 0t |
|
|
|
|
|
Деразмещение |
|
|
|
8-ОФМ |
|
|
|
|
FT |
|
|
d1 |
|
Цифровой |
|
|
Uоп |
|
|
s |
|
|
|
d2 |
|
|
|
|
Ген. |
|
ВТЧ |
|
|
|
|
P S |
сигнал |
||
|
|
|
|
|
|
|
d3 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФАПЧ |
sin t |
|
|
|
|
|
Q1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
|
Qs |
(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФНЧ |
РУ |
АЦП |
Q2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФД квадратурный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.33 |
Когерентный демодулятор 8-ОФМ |
|
|
|
|||||
С выхода приемника сигнал с 8-ОФМ поступает на один из входов фазовых детекторов синфазного и квадратурного каналов. На вторые входы этих фазовых детекторов поступают опорные сигналы cos 0t для синфазного
канала и sin 0t для квадратурного канала. Опорный сигнал (восстановленную
несущую) вырабатывает генератор, который с помощью системы синхронизации (петли ФАПЧ) фазируется под фазу входного сигнала 8-ОФМ.
После фильтрации побочных продуктов перемножения входного и опорных сигналов в фильтрах нижних частот ФНЧ на выходах фазовых детекторов синфазного и квадратурного каналов получаются сигналы основной полосы (base band), в данном случае четырехуровневые сигналы Is (t) и Qs (t) .
Переходы между уровнями в четырехуровневых сигналах несут информацию о тактовой частоте символов, поэтому они используются в выделителе тактовой частоты символов FTs . Тактовая частота символов
подается на решающие устройства, аналогово-цифровые преобразователи и устройство деразмещения.
В решающих устройствах принимается решение о принятом на интервале текущего символа уровне и это решение в виде одного из четырех принятых
95