676_Noskova_N.V._Izuchenie_funktsionirovanija_setej_
.pdf
На вход модулятора поступает цифровой поток бит со скоростью R бит/с
и параметрами FT 1Tb , |
где FT |
– тактовая |
частота следования бит, Tb – |
||||||
|
b |
b |
|
|
|
|
на k 4 |
|
|
длительность |
бита. Этот |
цифровой |
поток |
разделяется |
потока |
||||
d1,d2,d3,d4 модуляционных символов |
|
|
|
|
|
|
|||
|
k log2 M log216 4, |
FT FT |
4, |
Ts 4 Tb,, |
(3.17) |
||||
|
|
|
|
s |
b |
|
|
|
|
где M 16 – позиционность модуляции, |
|
|
|
|
|
||||
FT ,Ts |
– тактовая частота и длительность модуляционного символа, |
||||||||
s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соответственно. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Далее необходимо произвести распределение |
k 4 |
двоичных потоков |
|||||||
модуляционных символов в сигнальных точках на фазово-амплитудной плоскости (созвездии) М = 16-позиционного модулятора. Для этого k 4 двоичных цифровых потоков символов в устройстве размещения модулятора преобразуются путем операции размещения в n 2 потоков символов i1,i2 , которые используются для амплитудной и фазовой модуляции синфазной составляющей несущего колебания модулятора, и в n 2 потоков символов q1,q2, которые используются для амплитудной и фазовой модуляции квадратурной составляющей несущего колебания модулятора (рисунок 3.8). Количество потоков символов n в синфазном и квадратурном каналах на выходе устройства размещения определяется из уравнения
n |
k |
|
4 |
2. |
(3.18) |
|
|
||||
2 |
2 |
|
|
||
Полученные на выходе устройства размещения n 2 потоков символов в синфазном канале i1,i2 и в квадратурном канале q1,q2поступают в цифроаналоговые преобразователи ЦАП. В цифроаналоговых преобразователях каждые n 2 потоков символов преобразуются в N – уровневые аналоговые сигналы
NI =2n =22=4 и NQ =2n =22 =4.. |
(3.19) |
k 4 потоков символов должны обеспечить формирование на фазовоамплитудной плоскости модулятора
M 2k 24 16 |
(3.20) |
сигнальных точек.
51
Для четного значения k 4 в модуляторе (рисунок 3.8) формируется квадратное множество сигнальных точек (созвездие), при этом количество уровней сигналов в синфазном и квадратурном каналах равно
NI NQ 2n 2k 2 |
M |
16 4. |
(3.21) |
u(t) |
|
|
|
|
|
Tb |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
d1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d2 |
Ts |
t |
d3 |
|
|
|
|
|
|
t |
d4 |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|||
i1 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|||
i2 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|||
q1 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|||
q2 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|||
Is (t) 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Qs(t) 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рисунок 3.9 - Временные диаграммы работы модулятора 16-КАМ
Чтобы обеспечить равномерное (эквидистантное) распределение сигнальных точек в созвездии, значения уровней сигналов в синфазном и квадратурном каналах принимаются равными
UвыхЦАП 1, |
3. |
(4.22) |
52
Алгоритм работы ЦАП, т.е. соответствие двух входных цифровых потоков символов в синфазном и квадратурном каналах и четырехуровневых сигналов на выходе, составлен в соответствии с кодом Грея и приведен в таблице 3.1 [7, 8, 13].
Таблица 3.1 - Преобразование потоков символов в ЦАП при 16-КАМ
№ |
Входные сигналы в каналах |
Выходной сигнал ЦАП |
||
|
|
I (Q) |
|
|
|
i1 (q1) |
|
i2 (q2 ) |
|
1 |
0 |
|
1 |
+3L |
2 |
0 |
|
0 |
+1L |
3 |
1 |
|
0 |
–1L |
4 |
1 |
|
1 |
–3L |
С выходов ЦАП многоуровневые сигналы синфазного Is(t) и
квадратурного Qs(t) каналов поступают на фильтры нижних частот ФНЧ, которые выполнены в виде фильтров Найквиста и используются для ограничения полосы частот модулирующего сигнала, т.е. для формирования коэффициента скругления . Величина коэффициента скругления обычно выбирается в пределах 0,2 0,3.
После ФНЧ многоуровневые сигналы подаются на амплитудные модуляторы синфазного АМI и квадратурного АМQ каналов. На вторые входы
этих модуляторов подаются от генератора сигналы несущей частоты синфазного канала cos 0t и квадратурного канала sin 0t промодулированные
по фазе в двухпозиционных фазовых модуляторах 2 ОФМI |
и 2 ОФМQ . |
||
Фазовая модуляция на |
180 в синфазном канале |
0 |
или 180 , в |
квадратурном канале 90 или |
270 осуществляется первым |
из n 2 цифровых |
|
потоков символов в каждом из квадратурных каналов. Необходимо отметить, что посредством двухпозиционной фазовой модуляции осуществляется передача знака уровней. Так, при передаче уровня со знаком плюс используется значение фазы 0 в синфазном канале и 90 в квадратурном канале, а при передаче уровня со знаком минус используется значение фазы 180 в синфазном канале и 270 в квадратурном канале. По этой причине алгоритм работы ЦАП составляется таким образом, чтобы при изменении символа в первом из n двоичных потоков символов на выходе ЦАП изменялся знак при соответствующем уровне (таблица 3.1) [13].
При этом на выходах амплитудных модуляторов получаются квадратурные сигналы промодулированные по амплитуде и фазе. После суммирования этих сигналов на выходе модулятора получается сигнал 16-
53
КАМ, количество сигнальных точек, на созвездии которого соответствует квадратному множеству точек (рисунки 3.10 и 3.11).
|
|
4 |
|
f1(t1) |
2 |
||
|
|
||
f2(t2) |
|||
|
|||
|
|
0 |
|
f3(t3) |
|||
|
|
|
|
f4(t4) 2 |
4
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
t1 t2 t3 t4
а)
4
f1(t1) 2 
f2(t2) 
f3(t3) 0
f4(t4) 2
4
0 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
t1 t2 t3 t4
|
6 |
|
|
|
|
f1(t1) |
4 |
|
|
|
|
f2(t2) |
2 |
|
|
|
|
f3(t3) |
0 |
|
|
|
|
f4(t4) 2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
6 |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
|
|
0 |
||||
|
|
|
t1 t2 t3 t4 |
|
|
|
|
|
в) |
|
|
Рисунок 3.10 - Временные диаграммы работы модулятора а) – сигнал на выходе амплитудного модулятора синфазного канала; б) – сигнал на выходе
амплитудного модулятора квадратурного канала; в) – сигнал на выходе модулятора 16-КАМ для точек на созвездии 9, 3, 4, 12.
54
В устройстве размещения четырем потокам символов d1,d2,d3,d4
ставятся в соответствие два двоичных потока i1,i2 в синфазном канале и два двоичных потока q1,q2 в квадратурном канале. Затем в ЦАП этим двум потокам в соответствии с таблицей 3.1 ставятся в соответствие четыре уровня сигналов. Первые двоичные потоки i1 и q1 осуществляют двухпозиционную фазовую модуляцию сигнала несущей частоты в синфазном и квадратурном каналах. А четырехуровневые сигналы осуществляют амплитудную модуляцию в этих двух каналах после фазовых модуляторов. После суммирования амплитуднофазомодулированных сигналов каждое из четырех состояний двоичных потоков i1,i2 и q1,q2 формирует сигнальную точку на созвездии.
Таки образом, из проведенных рассуждений следует, что в устройстве размещения каждому из шестнадцати состояний четырех потоков модуляционных символов d4,d3,d2,d1 ставится в соответствие сигнальная точка на созвездии. Делается это посредством формирования двух двоичных потоков i1,i2 для синфазного и двух двоичных потоков q1,q2 для квадратурного канала. Следовательно, работа устройства размещения может быть представлена кодовой таблицей, в которой шестнадцати состояниям потоков модуляционных символов d4,d3,d2,d1 соответствуют шестнадцать состояний двоичных потоков i1,i2,q1,q2. Из кодовой таблицы следует, что цифровые потоки синфазного канала i1,i2 соответствуют старшим разрядам d4,d3
модуляционных символов, а цифровые потоки квадратурного канала q1,q2
соответствуют младшим разрядам d2,d1 модуляционных символов.
Всоответствии с рисунком 3.11 и кодовой таблицей 3.1 соседними для сигнальной точки 1 являются точки 2 и 5.
Всоответствии с рисунком 3.11 при воздействии на сигнал шумов и помех наиболее вероятной ошибкой в приёмнике будет приём соседней сигнальной точки, т.е. вместо точки 1 может быть принята либо точка 2 либо точка 5. При этом в соответствии с таблицей 4.2 в модуляционном символе
d4,d3,d2,d1 произойдёт всего одна ошибка. Следовательно, и в выходном потоке бит тоже будет одна ошибка.
Таблица 3.2 - Состояния модуляционных символов
№ |
|
Состояния модуляционных символов |
|
||
точки |
d4 |
d3 |
d2 |
|
d1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
2 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
5 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
55
|
|
Q |
|
|
|
13 |
9 |
+3 |
5 |
1 |
|
14 |
10 |
+1 |
6 |
2 |
|
-3 |
-1 |
|
+1 |
+3 |
I |
15 |
11 |
-1 |
7 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
16 |
12 |
-3 |
8 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 3.11 - Созвездие 16-КАМ |
|
||||
С выхода приемника сигнал с 16-КАМ 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 16-КАМ.
После фильтрации побочных продуктов перемножения входных 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 [8].
В решающих устройствах принимается решение о принятом на интервале текущего символа уровне и это решение в виде одного из четырех принятых уровней подается на аналогово-цифровые преобразователи. В АЦП каждому из принятых уровней в соответствии с алгоритмом работы АЦП ставятся в соответствие по два цифровых потока в синфазном i1,i2 и квадратурном q1,q2.
В устройстве деразмещения каждой из комбинаций двух цифровых
потоков в синфазном i1,i2 и квадратурном q1,q2 |
каналах |
ставится в |
соответствии с алгоритмом деразмещения одна из 2k 24 |
комбинаций четырех |
|
цифровых потоков модуляционных символов d1,d2,d3,d4 . В |
параллельно- |
|
56 |
|
|
последовательном |
|
преобразователе |
четыре |
цифровых |
потока |
символов |
||||||||||
d1,d2,d3,d4 преобразуются в цифровой поток бит со скоростью Rb k Rs . |
||||||||||||||||
Таблица 3.3 - Кодовая таблица размещения при 16-КАМ |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Состояния потоков |
|
Состояния |
|
|
Значения |
|
||||||||
Номер |
|
модуляционного |
|
|
потоков в |
|
|
уровней и фаз в |
|
|||||||
сигнальной |
|
|
|
символа |
|
|
синфазном и |
|
|
синфазном и |
|
|||||
точки |
|
|
|
|
|
|
квадратурном |
|
квадратурном |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
каналах |
|
|
каналах |
|
|||
|
|
d4 |
|
d3 |
d2 |
d1 |
i1 |
|
i2 |
q1 |
|
q2 |
|
I |
Q |
|
1 |
|
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
1 |
|
+3 |
+3 |
|
2 |
|
0 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
|
0 |
|
+3 |
+1 |
|
3 |
|
0 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
|
0 |
|
+3 |
-1 |
|
4 |
|
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
1 |
|
+3 |
-3 |
|
5 |
|
0 |
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
0 |
|
1 |
|
+1 |
+3 |
|
6 |
|
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
+1 |
+1 |
|
7 |
|
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
0 |
|
+1 |
-1 |
|
8 |
|
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
1 |
|
+1 |
-3 |
|
9 |
|
1 |
|
0 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
1 |
|
-1 |
+3 |
|
10 |
|
1 |
|
0 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
0 |
|
0 |
|
-1 |
+1 |
|
11 |
|
1 |
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
|
0 |
|
-1 |
-1 |
|
12 |
|
1 |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
|
0 |
1 |
|
1 |
|
-1 |
-3 |
|
13 |
|
1 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
1 |
0 |
|
1 |
|
-3 |
+3 |
|
14 |
|
1 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
0 |
|
-3 |
+1 |
|
15 |
|
1 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
1 |
|
0 |
|
-3 |
-1 |
|
16 |
|
1 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
|
-3 |
-3 |
|
Структурная схема демодулятора 16-КАМ приведена на рисунке 3.12. |
Is t |
Qs t |
Рисунок 3.12 - Когерентный демодулятор 16-КАМ |
57 |
Восстановление несущей частоты (опорного сигнала) при 16-КАМ производится также как и при М-ОФМ.
Процесс восстановления опорного колебания должен быть настолько точным, чтобы фазовая ошибка имела малую величину, как постоянной составляющей, так и флюктуации (фазового дрожания).
Один из методов восстановления несущей частоты состоит в том, что сигнал промежуточной частоты проходит через нелинейность, выбранную таким образом, чтобы образовать спектральную линию на несущей частоте или нескольких кратных частотах, и затем эта спектральная составляющая выделяется на устройстве с ФАПЧ (PLL).
Другой метод состоит в том, что составляющая несущей частоты может быть получена с помощью детектирования информационного потока, осуществленного так, чтобы удалить модуляцию в сигнале промежуточной частоты [8].
Третьим методом является метод прямого решения, особенно подходящий для многоуровневой КАМ. Выходами аналого-цифровых преобразователей АЦПI и АЦПQ являются цифровые потоки, представляющие из себя последовательности переданных данных. Из-за аддитивного шума, межсимвольной интерференции и других искажений значения выходных цифровых сигналов не будут совпадать с М дискретными сигнальными точками на фазово-амплитудной плоскости.
Другими словами они будут лежать внутри небольших круговых областей вокруг каждой из этих точек. Для случая 16-КАМ эти небольшие круговые площади показаны затемнёнными на рисунке 3.13. Они наложены на шаблон, состоящий из 64 квадратных областей, координаты которых хранятся в цифровой памяти устройства выделения несущей частоты [8].
Рисунок 3.13 - Восстановление опорного сигнала при 16-КАМ
58
Выходные выборки, попадающие в черные (серые) области, показывают, что есть необходимость во вращении по часовой стрелке (против часовой стрелки) совокупности выходных сигналов, что приводит к положительным (отрицательным) управляющим приращениям. Временная последовательность управляющих приращений проходит фильтр нижних частот и поступает в виде сигнала ФАПЧ на генератор опорного сигнала, чтобы управлять несущей частотой и фазой опорного сигнала (синхронизация несущей).
3.3 64-КАМ
Структурная схема модулятора 64-КАМ приведена на рисунке 3.14, а временные диаграммы его работы на рисунке 3.15 [8].
FTs d1
Цифровой d2 сигнал
FT |
S P |
|
d3 |
|||
b |
|
d4 |
|
|||
Tb |
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
d5 |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
d6 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ts |
||
|
|
|
|
|||
i1
i2 |
|
Is(t) |
|
ЦАП |
|
ФНЧ |
|
|
|
||
i3
Ген.
q1
q2 Qs (t)
ЦАП
ФНЧ
q3
2-ФМI 
АМI 
cos 0t
s(t)
2 sin 0t
2-ФМQ 
АМQ 
Рисунок 3.14 - Модулятор 64 - КАМ
На вход модулятора поступает цифровой поток бит со скоростью R бит/с
и параметрами FT |
1Tb , |
где FT |
– |
тактовая частота |
следования бит, Tb – |
|||
b |
|
b |
|
разделяется на k 6 |
|
|||
длительность бита. |
Этот |
цифровой |
поток |
потоков |
||||
d6,d5,d4,d3,d2,d1 символов |
|
|
|
|
|
|
|
|
k log2 M log2 64 6, FT |
FT |
6, |
Ts 6 Tb,, |
(3.23) |
||||
|
|
|
|
s |
b |
|
|
|
где M 64 – позиционность модуляции,
FTs ,Ts – тактовая частота и длительность символа, соответственно
Далее необходимо произвести распределение k 6 двоичных потоков модуляционных символов в сигнальных точках на фазово-амплитудной плоскости (созвездии) М = 64-позиционного модулятора. Для этого k 6 двоичных цифровых потоков символов в устройстве размещения модулятора
59
преобразуются путем операции размещения в n 3 потоков символов i1,i2,i3 , которые используются для амплитудной и фазовой модуляции синфазной составляющей несущего колебания модулятора, и в n 3 потоков символов q1,q2,q3 , которые используются для амплитудной и фазовой модуляции квадратурной составляющей несущего колебания модулятора (рисунок 3.14). Работа устройства размещения будет рассмотрена далее. Количество потоков символов n в синфазном и квадратурном каналах на выходе устройства размещения определяется из уравнения
n |
k |
|
6 |
3. |
(3.24) |
|
|
||||
2 |
2 |
|
|
||
Полученные на выходе устройства размещения n 3 потоков символов в синфазном канале i1,i2,i3 и в квадратурном канале q1,q2,q3 поступают в цифроаналоговые преобразователи ЦАП. В цифроаналоговых преобразователях каждые n 3 потоков символов преобразуются в N – уровневые аналоговые сигналы
NI =2n =23=8 и NQ =2n =23=8.. |
(3.25) |
k 6 потоков символов должны обеспечить формирование на фазовоамплитудной плоскости модулятора
M 2k 26 64 |
(3.26) |
сигнальных точек.
Для четного значения k 6 в модуляторе формируется квадратное множество сигнальных точек (созвездие), при этом количество уровней сигналов в синфазном и квадратурном каналах равно
NI NQ 2n 2k 2 |
M |
64 8. |
(3.27) |
Чтобы обеспечить равномерное (эквидистантное) распределение сигнальных точек в созвездии, значения уровней сигналов в синфазном и квадратурном каналах принимаются равными
UвыхЦАП 1, |
3, |
5, |
7. |
(3.28) |
Алгоритм работы ЦАП, т.е. соответствие трех цифровых потоков символов в синфазном и квадратурном каналах на входе и восьмиуровневых
60