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

модуляции. Паразитная АМ приводит к повышению требований линейности усилителя мощности и снижению энергетической эффективности. Если ограничить величину максимального изменения фазы, то можно существенно снизить уровень паразитной АМ. В случае OQPSK максимальное изменение фазы составляет π / 2. Максимальный уровень изменения амплитуды, огибающей для OQPSK составляет 30% по сравнению со 100% для обычной QPSK. Формируется OQPSK достаточно просто: путем смещения сигналов I (t) и Q(t) друг от-

носительно друга на величину, равную длительности одного бита. QPSK (и различные подвиды) наиболее часто применяемый вид модуляции в стандартах цифровой связи.

Следующий вид многопозиционной фазовой модуляции (M-PSK) формируется, как и другие многопозиционные виды модуляции, путем группировки k = log2 M бит в символы и

введением взаимно-однозначного соответствия между множеством значений символа и множеством значений сдвига фазы модулированного колебания. Значения сдвига фазы из множества отличаются на одинаковую величину. Для примера на рис. 1.10 приведено сигнальное созвездие для 8-PSK с кодированием Грея.

Рис. 1.10. Сигнальное созвездие модуляции 8-PSK

36

В настоящее время в большинстве БСС применяются амплитудно-фазовые виды модуляции (QAM). Очевидно, для кодирования передаваемой информации можно использовать не один параметр несущего колебания, а два одновременно.

Модуляция может быть линейной или нелинейной. Для линейных типов модуляции справедливо линейное соотношение между спектром модулирующего сигнала и спектром модулированного колебания. Также линейны соотношения между амплитудой модулированного сигнала и исходным информационным сигналом, и полной фазой модулированного сигнала, и информационным сигналом. К линейным видам модуляции относится амплитудная и фазовая [5]. Частотная модуляция является нелинейной. Для линейных процессов справедлив принцип суперпозиции, поэтому для них можно параллельно изменять 2 параметра несущего колебания. Модуляция, при которой происходит одновременное изменение двух параметров несущего колебания – амплитуды и фазы – называется амплитудно-фазовой модуляцией.

Минимальный уровень символьных ошибок будет достигнут в случае, если расстояние между соседними точками в сигнальном созвездии будет одинаковым, т.е. распределение точек в созвездии будет равномерным на плоскости. Следовательно, сигнальное созвездие должно иметь решетчатый вид. Модуляция с подобным видом сигнального созвездия называется квадратурной амплитудной модуляцией (QAM –

Quadrature Amplitude Modulation).

QAM является многопозиционной модуляцией. При M=4 она соответствует QPSK, поэтому формально считается для QAM M ≥ 8 (т.к. число бит на символ k = log2 M , k N , то

M может принимать только значения степеней 2: 2, 4, 8, 16 и т.д.). Для примера на рис. 1.11 приведено сигнальное созвездие 16-QAM с кодированием Грея.

37

Рис. 1.11. Сигнальное созвездие модуляции 16–QAM

На практике используются большие значения М, вплоть до 1024-QAM. Такие виды модуляции позволяют достичь исключительно высокой спектральной эффективности. Однако, как видно из сигнального созвездия, так как информация кодируется в том числе амплитудой и изменения амплитуды велики, то QAM предъявляет высокие требования к линейности усилителя мощности и его динамическому диапазону, особенно для больших М. Практическое осуществление QAM-модуляции выполняется следующим образом. В памяти процессора хранится таблица значений квадратурных компонент I (t) и Q(t) , имеющихся в сигнальном созвездии и распо-

ложенных в порядке возрастания значения соответствующего символа. Процессор анализирует входную последовательность битов, разбивает ее на символы и для каждого символа выбирает соответствующие значения квадратурных компонент из таблицы. Затем выполняется фильтрация сигналов I (t) и Q(t) .

Основными критериями эффективности различных видов модуляции являются критерии спектральной и энергетической эффективности. Энергетическая эффективность характе-

38

ризует энергию, которую необходимо затратить для передачи информации с заданной достоверностью (вероятностью ошибки). Спектральная эффективность характеризует полосу частот, необходимую для того, чтобы передавать информацию с определенной скоростью. Кроме данных критериев, виды модуляции сравниваются по устойчивости к различным типам помех и искажений и сложности аппаратной реализации. Существуют также специфические критерии, существенные для отдельных систем связи, отражающие особенности канала связи.

Практически во всех системах связи используются фильтры, ограничивающие спектр сигнала. Для амплитудных, фазовых и амплитудно-фазовых видов модуляции чаще всего используется фильтр с характеристикой приподнятого косинуса, для частотных – гауссов фильтр. Таким образом, спектральная эффективность для амплитудных, фазовых и ампли- тудно-фазовых видов модуляции одинакова и определяется полосой фильтра. Увеличение позиций (уровней) модуляции (модуляции M-ASK, M-PSK и M-QAM) увеличивает спектральную эффективность в k = log2 M раз. Наибольшей спек-

тральной эффективностью среди частотных видов модуляции обладает модуляция MSK. Сравнение MSK c гауссовой фильтрацией (модуляция GMSK) и относительной полосой BTb = 0.3 и модуляции QPSK с фильтром приподнятого коси-

нуса с коэффициентом скругления α = 0.35 (оптимальные для многих систем связи параметры) выявляет, что 99% мощности содержится в относительной полосе 1 для QPSK и 2.6 для GMSK. Таким образом, MSK является спектрально в 2.6 раза менее эффективной, чем QPSK и в 1.3 раза менее эффективной, чем BPSK.

Сравним виды модуляции по критерию энергетической эффективности. Для этого оценим для каждого вида модуляции требуемую энергию для передачи информации с одинаковой вероятностью ошибки на бит. Приведем соотношение, свя-

39

плотность мощности белого шума в канале. Если мощность передатчика равна P, то величина энергии, приходящаяся на один бит информации, равна Eb = PTb , где Tb – длительность

бита. В табл.1.2 приводятся зависимости вероятности ошибки на бит от отношения Eb N0 для различных видов модуляции.

40