3.3. Квадратурна маніпуляція

Джерелом інформації є генератор ПСП (PN Sequence Generator). Формулу генераторного полінома ПСП в даній ситуації до уваги не приймаємо. Інформаційне повідомлення прийме біполярний вигляд (блок Unipolar to bipolar converter) згідно за формулою:. Пізніше воно піддається відносному перекодуванню:,прийнято рівним 1. Відносне кодування потрібне для того, щоб після складання модульованих несучих в квадратурних каналах закон маніпуляції результуючого радіосигналу відповідав інформаційному повідомленню. Ось так перекодований сигнал поділяється на два квадратурних канали: парні біти поступають в синусний канал, непарні – в косинусний.

Тривалість символів в кожному окремому каналі збільшується в два рази для зберігання попередньої швидкості передачі, а косинусний канал зсувається по фазі щодо синусного на (блоки Zero Order Hold і Memory1). Після цього інформаційні символи згладжуються напівперіодами синусоїди (блок Sine Wave). В косинусний канал синусоїда приходить затримана в часі на 1/4 періоду (Transport delay). Можна сказати, що біти з виходу генератора ПСП мають тривалість , то в квадратурних каналах символи мають тривалість, а згладжуюча синусоїда – період. Згладжені імпульси модулюють за амплітудою несуче коливання(блок Sine Wave 2). В косинусний канал воно подається зі зсувом фази на(Transport delay 1). У підсумку сигнали в квадратурних каналах будуть виглядати:

закон модуляцій дискрета.

Після формування квадратурних компонент амплітудна маніпуляція пропадає, і результуючий радіосигнал стає частотно-модульованим. Блок Slider Gain моделює підсилювач потужності на виході передавача. Девіація частоти дорівнює ±300 Гц, закон маніпуляції повторює вихідну біполярну послідовність . Співвідношення тактової частоти інформаційних символів і девіації частоти сформованого ЧС-сигналу таке, що він відноситься до класу сигналів MSK. Пізніше готовий сигнал пропускається через обмежений по смузі канал зв'язку з адитивним білим гауссовським шумом і приймається квадратурних приймачем, в якому над сигналом проводяться операції, зворотні описаним вище, для відновлення інформаційної послідовності.

Схема моделі в середовищі Simulink представлена на рис. 3.13. Тимчасові діаграми, які пояснюють процес формування сигналу, зображені на рис. 3.14.

Рис. 3.13. Модель системи передачі інформації з квадратурним формуванням і обробкою MSK-сигналу

Рис. 3.14. Тимчасові діаграми роботи квадратурного модулятора QAM-сигналу

На рис. 3.14 1-й графік – цифрова послідовність з виходу генератора ПСП; 2 -й графік – вона ж, перетворена в сигнал БПН (Без Повернення в Нуль – біполярний); 3-й графік – після відносного перекодування; 4 -й графік – парні символи перекодованої послідовності в синусному каналі; 5 -й графік – непарні символи перекодованої послідовності в косинусном каналі; 6-й графік – згладжені синусоїдою символи в синусному каналі; 7-й графік – згладжені синусоїдою символи в косинусном каналі; 8-й графік – амплітудно-модульована несуча в синусному каналі; 9-й графік – амплітудно-модульована несуча в косинусном каналі; 10-й графік – результуючий MSK-сигнал.

Схема моделі квадратурного приймача і аналізатор спектру, вимірювач ймовірності помилки і осцилограф представлені в низу рис. 2.13. Тимчасові діаграми, що пояснюють процес квадратурної демодуляції MSK-сигналу, зображені на рис. 3.15.

Рис. 3.15. Тимчасові діаграми роботи квадратурного демодулятора QAM-сигналу

На першому графіку зображений радіосигнал після обмеження по смузі (блок Analog Filter Design 3 – фільтр Баттерворта другого порядку з смугою 4 кГц – в заданому діапазоні роботи системи (38 кГц); другий графік – радіосигнал, помножений на несучу частоту (перемножувач разом з низькочастотним фільтром представляє собою перетворювач частоти до нуля). Це синусний канал квадратурного демодулятора. Для формування косинусного каналу фаза відновленої несучої частоти радіосигналу повертається на 90°. На третьому графіку зображений сигнал після помномножувача в косинусном каналі. На четвертому і пятому графіках представлені осцилограми сигналів після ФНЧ ( Analog Filter Design і Analog Filter Design 2). Фільтри Батеерворта першого порядку, смуга їх трохи більше, ніж тактова частота символів у квадратурних каналах . Якщо брати форму то вони чимось нагадують сигнали в квадратурних каналах модулятора після згладжування інформаційних символів синусоїдою. Якщо радіосигнал є частотно-модульованим, для дальнішої обробки його відкинемо інформацію про амплітуду, але збережем інформацію про частоту і фазу, пропустивши сигнал через підсилювач- обмежувач (блоки Gain і Saturation).

В описуваній моделі використані схеми відновлення несучого коливання і тактової частоти інформаційних символів. Вище згадані схеми переміщені в підсистему Atomic Subsystem 1 і зображені на рис. 3.16.

З виходів такої підсистеми на перетворювачі частоти в квадратурних каналах приходить відновлена частота несучого коливання і тактові імпульси на рахункові входи D-тригерів. По фронтах тактових імпульсів відбувається запис на виходи Q тригерів інформації з виходів підсилювачів обмежувачів. Якщо в модуляторі інформаційні символи в квадратурних каналах були зсунуті відносно один одного на 1/4 періоду, відновлені імпульси тактової частоти в демодуляторі піддані такому ж зміщенню (блок Transport delay 3). Прийняті послідовності символів в квадратурних каналах зображені на шостому і сьомому графіках рис. 2.15. Вони зовсім не подібні на такі самі сигнали в модуляторі, так як ті множилися на синусоїду з частотою . Синусоїда кожні півперіоду міняє знак, таким чином для відновлення вихідних послідовностей символів в квадратурних каналах отримані сигнали необхідно помножити на меандр. Меандр так само тактується від схеми відновлення тактової частоти з необхідним фазовим зсувом в косинусному каналі. Після множення сигнали приймають такий самий вигляд, як після поділу на квадратури в модуляторі (). Вони зображені на графіках 8 і 9. Після перемноження квадратурних каналів отримуємо вихідну інформаційну послідовність (графік 10 рис. 3.15).

Рис. 3.16 Схема відновлення несучої і схема відновлення тактової частоти прийнятого сигналу

Для кращого розуміння квадратурної маніпуляції на рис. 3.17 наведемо окремо вихідну інформаційну послідовність (графік 1), сигнал в суміші з шумом (графік 2) і прийняту квадратурним способом інформаційну послідовність (графік 3).

Рис. 3.17. Передача інформації по радіоканалу з шумами

Спектр сформованого QAM-сигналу, обчислений за допомогою ШПФ, представлений на рис. 3.18.

Рис. 3.18. Спектр сформованого MSK-сигналу

Модель працює в режимі Accelerator. У схемі має місце блок (Zero Order Hold 4, після перетворення початкового сигналу до біполярного втгляду), необхідності в якому немає, але в деяких випадках при спробі підключення осцилографа при відсутності даного блоку повідомлялася помилка, таким чином процес симуляції не міг стартувати.