637_Nosov_V.I._Seti_radiodostupa_CH.2_

1

1 2

c

1

12 1

Рис. 3.19 Временные диаграммы сигналов в различных точках модулятора

71

1

h1(t) 0.5 h2(t)

h3(t) 0

t

а) отклики ФНЧ на дельта функции (эпюра а на рис. 3.19) в синфазном канале

t

б) сумма откликов на выходе ФНЧ синфазного канала

в) сигнал на выходе перемножителяF1 синфазного канала

2

Рис. 3.20-1 Временные диаграммы сигналов на выходах ФНЧ и перемножителя синфазного канала модулятора /4 DQPSK.

72

1

h6(t)

h7(t) 0

t

а) отклики ФНЧ на дельта функции (эпюра б на рис. 3.19) квадратурного канала

t

б) сумма откликов на выходе ФНЧ квадратурного канала

t

в) сигнал на выходе перемножителя квадратурного канала

Рис. 3.20-2 Временные диаграммы сигналов на выходах ФНЧ и перемножителя квадратурного канала модулятора /4 DQPSK.

73

принципиальным является то, что квадратурные компоненты плавно меняются на интервале символа.

Генератор и фазовращатель на угол 2 формируют квадратурные колебания несущей или промежуточной частоты f0 .

После перемножения квадратурных компонент модулирующих сигналов синфазного и квадратурного каналов с сигналом промежуточной частоты получаются сигналы промодулированные по амплитуде и фазе эпюры в на рис. 3.20-1 и 3.20-1. После суммирования промодулированных сигналов синфазного и квадратурного каналов получается 4 DQPSK сигнал эпюра на рис. 3.20.

Математически эти операции можно представить следующим образом:

s(t) Is (t)cos(2 f0t) Qs (t)cos(2 f0t) S(t)cos 2 f0t i (t) , (3.35)

где

S(t) Is2 (t) Qs2 (t),

(3.36)

(t) arctg Qs (t) , Is (t)

где S(t) и (t) – огибающая и фаза модулированного сигнала.

Сформированный сигнал, при необходимости, переносится на несущую частоту, усиливается и излучается в эфир.

Если учесть, что модулирующий сигнал имеет ограниченный набор

74

нормированных значений амплитуды 0, 1 2, 1, то выходной сигнал модулятора4 DQPSK будет иметь восемь сигнальных точек на фазово-амплитудной

плоскости модулятора рис. 3.20-4. В то время как четырехпозиционная фазовая модуляция 4-ОФМ имеет четыре сигнальных точки на фазово-амплитудной плоскости модулятора рис. 3.14.

Из рис. 3.20-4 следует, что соседние сигнальные точки на фазовоамплитудной плоскости имеют фазовый сдвиг равный 4 , т.е.

модуляции. Из приведенных пояснений следует, что обработка каждой пары символов в модуляторе приводит к тому, что модулирующие сигналы в синфазном Is (t) (диаграмма с на рис. 3.19) и квадратурном Qs (t) (диаграмма d

на рис. 3.19) плавно меняются на интервале символа. В результате этого на выходе модулятора происходит плавное изменение амплитуды и фазы сигнала эпюра на рис. 3.20. Известно, что скорость изменения фазы можно рассматривать как частотную модуляцию

3 4 2 4

12

1

270

Рис. 3.20-4 Векторная диаграмма сигнала на выходе модулятора p/4 DQPSK

Учитывая, что нас интересует изменение фазы модулированного сигнала

75

на интервале символа Ts , формулу (3.37) можно переписать в виде

При 4 DQPSK модуляции возможны две скорости изменения фазы большая – при обработке символов, требующих изменения фазы на 3 4 , и меньшая при изменении фазы на 4 таблица 3.3.

Учитывая изменения фазы модулированного сигнала на интервале символа (таблица 1.3), по (1.86) можно определить значения девиации частоты

разновидность четырехпозиционной частотной модуляции. Кроме того, учитывая плавное изменение модулирующих сигналов в квадратурных каналах, этот вид модуляции можно отнести к классу частотной модуляции с непрерывной фазой ЧМНФ, что обеспечивает достаточно компактный спектр

модуляции из-за отсутствия в ней резких скачков фазы. С этой точки зрения4 DQPSK модуляция похожа на модуляцию минимальным сдвигом MSK,

только при MSK девиация частоты составляет 0,25FTs .

Необходимо отметить, что в отличие от модуляции минимальным сдвигом MSK, при модуляции 4 DQPSK огибающая сигнала S(t) согласно

76

формуле (3.36) и рис. 3.19 эпюры c и d, будет изменяться в небольших пределах.

Сравнивая 4 DQPSK и 4-ОФМ (QPSK) можно отметить, что ширина спектра в основной полосе у сигнала с модуляцией 4 DQPSK будет больше. А так как при 4 DQPSK модуляции отсутствуют скачки фазы, которые в

значительной мере увеличивают внеполосные составляющие в спектре модулированного сигнала 4-ОФМ, то внеполосные спектральные составляющие будут меньше чем у 4-ОФМ. Кроме того, при модуляции4 DQPSK отсутствие скачков фазы приводит к уменьшению паразитной

амплитудной модуляции по сравнению с 4-ОФМ, что улучшает качество передачи такого сигнала по каналам, имеющим существенно нелинейную амплитудную характеристику uвых (t) uвх (t) .

На рис. 3.21 приведены зависимости относительных значений мощности сигналов 2-ОФМ, 4-ОФМ и ММС от частоты нормированной относительно тактовой частоты бит входного цифрового сигнала.

На рис. 3.22 приведена нормированная спектральная мощность (дБ) сигналов 4-ОФМС и ММС от частоты нормированной относительно тактовой частоты бит входного цифрового сигнала.

Нормированная спектральная плотность мощности для QPSK, OQPSK и MSK изображена на рис. 3.22. Не должно удивлять, что BPSK требует большей полосы пропускания, чем другие типы модуляции, при том же уровне

77

спектральной плотности. В разделе 3.2.2 было показано, что теоретическая эффективность использования полосы частот схемы BPSK вдвое меньше, чем схемы QPSK. Из рис. 3.22 видно, что боковые максимумы графика MSK ниже, чем графика QPSK или OQPSK. Это является следствием умножения потока данных на синусоиду и дает большое количество плавных фазовых переходов. Чем плавнее переход, тем быстрее спектральные хвосты стремятся к нулю.

Модуляция MSK спектрально эффективнее QPSK или OQPSK; тем не менее, как видно из рис. 3.22, спектр MSK имеет более широкий основной максимум, чем спектр QPSK или OQPSK. Следовательно, MSK нельзя назвать удачным выбором при наличии узкополосных линий связи. В то же время MSK стоит использовать в системах с несколькими несущими, поскольку ее относительно малые побочные максимумы спектра позволяют избежать значительных помех соседних каналов (adjacent channel interference – ACI). To, что спектр QPSK

имеет более узкий основной максимум, чем MSK, объясняется тем, что при данной скорости передачи битов скорость передачи символов QPSK вдвое меньше скорости передачи символов MSK. Модуляция 4 DQPSK по своим

спектральным характеристикам занимает среднее положение между MSK и OQPSK.

3.2.4 Демодуляция сигналов четырехпозиционной фазовой модуляции

3.2.4.1Демодулятор сигналов 4-ОФМ и 4-ОФМС

Вдемодуляторе сигнала 4-ОФМ рис. 3.23 для устранения скачков фазы в

устройстве формирования опорного сигнала УФОС используется устройство для возведения входного сигнала в четвертую степень 4 , на выходе которого (по аналогии с формулой (3.5)) будет присутствовать составляющая с учетверенной частотой и учетверенным значением фазового угла входного 4-

ОФМ сигнала. Следовательно, фаза сигнала на выходе устройство для возведения входного сигнала в четвертую степень 4 будет равна

После фильтрации побочных продуктов в узкополосном полосовом фильтре ПФ производится деление на четыре, в результате чего восстанавливается несущая частота входного 4-ОФМ сигнала без фазовой

78

модуляции. После поворота фазы полученного сигнала в фазовращателе на 45 восстанавливается синфазная составляющая опорного сигнала cos 0t рис. 3.23. Квадратурная составляющая опорного сигнала получается путем дополнительного 90 фазового сдвига.

Так же как и для 2-ОФМ устройство формирования опорного сигнала при 4-ОФМ может быть выполнено по схеме с генератором управляемым напряжением ГУН рис. 3.5 и по синфазно-квадратурной схеме рис. 3.6.

Pотн , дБ

0

ММС

10

4 ОФМС

20

30

40

50

F FTb

60

Рис. 3.22 Зависимость нормированной спектральной мощности сигналов 4-ОФМС и ММС от полосы частот

Особенностью всех детекторов сигналов, использующих фазовую модуляцию, является то, что из-за действия шумов и помех в канале связи опорный сигнал с равной вероятностью фазируется под одно из М состояний фазы входного М-ОФМ сигнала. В результате перехода фазирования опорного сигнала с одного из состояний в (М-1) состояние и наоборот происходит случайным образом скачок фазы опорного сигнала в одно из М состояний фаз принимаемого сигнала.

79

В системе с двухпозиционной ФМ (BPSK) при скачке фазы опорного сигнала на 180 наблюдается «обратная работа», когда на выход демодулятора принимаемые символы поступают в инверсном виде (см. раздел 3.1).

Для рассматриваемого случая четырехпозиционной фазовой модуляции М = 4 картина будет сложнее, так как фаза опорного сигнала может принимать случайным образом четыре значения рис. 3.23-1

Рис. 3.23-1 Модели канала 4-ОФМ с неоднозначностью фазы

При Uоп (t) cos 0t опорное напряжение имеет фазы в каналах:

80