Материал: Основы автоматизации проектирования беспроводных систем и сетей связи. Семёнов Р.В

достаточно высоко и требует усилителя с большим динамическим диапазоном. Влияние аддитивного шума или помехи непосредственно изменяет амплитуду сигнала, поэтому амплитудные виды модуляции не обладают высокой помехоустойчивостью. Однако они достаточно просты в реализации. Ввиду указанных недостатков амплитудные виды модуляции находят ограниченное применение.

Рассмотрим фазовые виды модуляции. Фазомодулиро-

где A и ϕ0 – постоянные , ω – несущая частота .

Информация кодируется фазой ϕ(t) . Так как при когерентной демодуляции в приемнике имеется восстановленная несущая sc (t) = A cos(ωt +ϕ0 ) , то путем сравнения сигнала (1.29) с несущей вычисляется текущий сдвиг фазы ϕ(t) . Изменение фазы ϕ(t) взаимно однозначно связано с информационным сигналом c(t) .

При двоичной фазовой модуляции (BPSK – Binary Phase Shift Keying) множеству значений информационного сигнала {0,1} ставится в однозначное соответствие множество изменений фазы {0, π}. При изменении значения информационного сигнала фаза радиосигнала изменяется на 180º. Таким образом, сигнал BPSK можно записать в виде:

образом, для осуществления BPSK модуляции достаточно умножить сигнал несущей на информационный сигнал, который имеет множество значений {-1,1}. На выходе модулятора квадратурные составляющие сигнала

I (t) = A × 2(c(t) - 1 ), Q(t) = 0 . 2

31

Временная форма сигнала и его созвездие показаны на рис.1.8.

Рис. 1.8. Временная форма и сигнальное созвездие сигнала BPSK: а) цифровое сообщение; б) модулирующий сигнал;

в) модулированное ВЧ-колебание; г) сигнальное созвездие

Спектральная плотность мощности сигнала BPSK совпадает с плотностью сигнала OOK за исключением отсутствия в спектре сигнала несущей частоты:

Подвидом семейства BPSK является дифференциальная (относительная) BPSK (DBPSK). Необходимость относительного кодирования обусловлена тем, что большинство схем восстановления несущей частоты (СВН) приводят к фазовой неоднозначности, восстановленной несущей. В результате восстановления может образоваться постоянный фазовый сдвиг, кратный 180º. Сравнение принимаемого сигнала с восстановленной несущей приведет в этом случае к инвертированию (изменению значений всех битов на противоположные). Этого можно избежать, если кодировать не абсолютный сдвиг фазы, а его изменение относительно значения на предыдущем битовом интервале. Например, если на текущем битовом интервале значение бита изменилось по сравнению с предыдущим, изменим значение фазы модулированного сигнала на 180º, если осталось прежним, то фаза также не изменяется.

32

Квадратурная фазовая модуляция (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying) является четырехуровневой фазовой модуляцией (M=4), при которой фаза высокочастотного колебания может принимать 4 различных значения с шагом, кратным

π / 2 .

Соотношение между сдвигом фазы модулированного колебания из множества {±π/4, ±3π / 4} и множеством символов (дибитов) цифрового сообщения {00, 01, 10, 11} устанавливается в каждом конкретном случае стандартом на радиоканал и отображается сигнальным созвездием, аналогичным приведенному на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Сигнальное созвездие модуляции QPSK

Стрелками показаны возможные переходы из одного фазового состояния в другое. Из рис. 1.9 видно, что соответствие между значениями символов и фазой сигнала установлено таким образом, что в соседних точках сигнального созвездия значения соответствующих символов отличаются лишь в одном бите. При передаче в условиях шума наиболее вероятной ошибкой будет определение фазы соседней точки созвездия. При указанном кодировании, несмотря на то, что произошла ошибка в определении значения символа, это будет соответствовать ошибке в одном (а не двух) бите информации. Таким образом, достигается снижение вероятности ошибки на бит. Указанный способ кодирования называется кодом Грея.

33

Каждому значению фазы модулированного сигнала соответствует 2 бита информации, и поэтому изменение модулирующего сигнала при QPSK-модуляции происходит в 2 раза реже, чем при BPSK-модуляции при одинаковой скорости передачи информации. Известно, что спектральная плотность мощности многоуровневого сигнала совпадает со спектральной плотностью мощности бинарного сигнала при замене битового интервала Tb на символьный интервал Ts = Tb log2 M .

при модулирующем сигнале с импульсами прямоугольной формы на основании (1.30) определяется выражением:

Из данной формулы видно, что расстояние между первыми нулями спектральной плотности мощности сигнала QPSK равно f =1/ Tb , что в 2 раза меньше, чем для сигнала

BPSK. Другими словами, спектральная эффективность квадратурной модуляции QPSK в 2 раза выше, чем бинарной модуляции BPSK.

Из вида сигнального созвездия QPSK можно определить значения сигналов I (t) и Q(t) на выходе модулятора для

каждого значения символа информационного сигнала на входе. Как указывалось, выше, фаза модулированного колебания с точностью до начального сдвига определяется по сигнальному созвездию как угол вектора (I , Q) отсчитываемый от оси абс-

цисс. Следовательно I (t) = cos(ϕ(t)), Q(t) = sin(ϕ(t)) , и получа-

ем таблицу соответствия.

Алгоритм, заложенный в процессор, анализирует входную последовательность битов информационного сигнала и ставит ей в соответствие сигналы I (t) и Q(t) согласно

табл. 1.1. После этого выполняется полосовая фильтрация для

34

ограничения полосы частот раздельно для каждого из сигналов

Подвидами семейства QPSK являются дифференциальная квадратурная модуляция (DQPSK) и квадратурная модуля-

ция со сдвигом (OQPSK – Offset QPSK).

DQPSK, аналогично DBPSK, используется из-за неоднозначности фазы восстановленной несущей, в этом случае кратной π/2. Как и в случае DBPSK, кодируется относительное изменение фазы по отношению к значению на предыдущем символьном интервале.

Модуляция OQPSK является более эффективной, чем QPSK, в системах с нелинейным усилением. Как можно заметить из сигнального созвездия QPSK (рис.1.9), при переходе из одного символьного состояния в другое, возможно изменение фазы либо на 90º, либо на 180º. Таким образом, максимальное изменение фазы равно 180º. Временная форма сигнала QPSK с импульсами прямоугольной формы имеет постоянную огибающую. Однако после ограничения спектра форма импульсов становится непрямоугольной, и огибающая перестает быть постоянной. Появляется паразитная амплитудная модуляция. Оказывается, что чем больше изменение фазы при переходе от одного символьного значения к другому, тем больше будет скачок амплитуды и больше глубина паразитной амплитудной

35