Конспект лекций по курсу: «Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов». Часть 2: "Модуляция, кодирование и декодирование", страница 5

Ширина спектра при квадратурной фазовой манипуляции совпадает с шириной спектра при двухпозиционной фазовой манипуляции, однако при одинаковой ширине спектра, занимаемого пилот-сигналом, квадратурная фазовая манипуляция может обеспечить передачу дополнительных данных или позволяет передавать информацию с удвоенной скоростью, что является несомненным преимуществом. Отметим, что ширина главного лепестка спектра при квадратурной фазовой манипуляции равна 2/T_s Гц или 2/2T_b =1/ T_b Гц.

Модификацией квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) является квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом OQPSK (offsetQPSK). В отличие от квадратурной фазовой манипуляции, которую реализуют с помощью прямой фазовой модуляции, при фазовой манипуляции со сдвигом полный фазовый сдвиг ограничивают. При OQPSK используют однополярные импульсы и сдвиг на одну половину такта бита

,                                          (2.3.13)

где {a_k} и {b_k} – информационные последовательности.

Форма спектра при квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом совпадает с формой спектра для QPSK и для ВPSK.

Основное преимущество квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом – это ограничение фазового сдвига при модуляции.

Частотная манипуляция.

Для изменения частоты пилот-сигнала используют однополярные импульсы. Этот вид цифровой модуляции относится к частотной манипуляции (FSK – frequencyshiftkeying).

Модулированный FSK пилот-сигнал имеет вид

,                                  (2.3.14)

где m(t) - модулирующий дискретный сигнал.

Данный пилот-сигнал соответствует ЧМ несущей частоты ω_с с полосой модуляции, равной Δ_fm(t) .

Выражение (2.3.14) отличается от выражения (2.1.1б) для аналоговой модуляции, так как параметры цифрового сигнала (амплитуда и форма)

 m(t) могут быть точно заданы.

Спектр пилот-сигнала трудно рассчитать аналитически. Данный спектр оценивают с учетом того, что для однополярного модулирующего сигнала, пилот-сигнал с(t) соответствует последовательности всплесков на каждой из модулирующих частот f_c ± Δ_f. Каждый всплеск длится в течение такта бита T_b секунд и этот каждый всплеск порождает спектр, симметричный относительно частоты модуляции, причем ширина спектра соответствует длительности импульса T_b секунд.

Следовательно, спектр пилот-сигнала при частотной манипуляции представляется комбинацией двух спектров, симметричных относительно частот модуляции (см. рис. 2. 9).

Рис. 2. 9. Спектры пилот-сигнала при частотной манипуляции.

Форма спектра зависит от девиации частоты Δ_f . При увеличении девиации частоты две частоты разносятся и способность различения двух частот (способность декодирования бита) улучшается. Однако ширина главного лепестка спектра при этом увеличивается.

2. 4. Улучшение формы спектра

Важной проблемой в спутниковой связи является проблема уменьшения взаимных помех при передаче/приеме сигналов на различных несущих частотах. Для уменьшения данных помех требуется уменьшить энергию, сосредоточенную в «хвостах» (боковых лепестках) спектров при

цифровой модуляции, наличие которых связано с прямоугольной формой (NRZ или Manchester) модулирующего колебания. Один из эффективных путей подавления «хвостов» спектра – сглаживание прямоугольных границ модулирующих импульсов.

При бинарных кодах данная цель может быть достигнута с помощью ЧМ манипуляции вида (2.3.14), где модулирующее колебаниеm(t) описывается выражением (2.3.1), в котором функция p(t) задана в виде сглаживающей функции во временной области и используются однополярные (NRZ) модулирующие импульсы. Такое сглаживание исключает быстрые изменения фазы, являющиеся причиной расширения полосы спектра (появления длинных спектральных «хвостов»).

Например, широкое распространение на практике нашла сглаживающая функция типа косинус на пьедестале (RC – raised cosine) (см. рис. 2.10):

.                                              (2.4.1)

Каждый бит информации типа ±1 умножают на функцию p(t) , формируя при этом модулирующую функцию m(t) в виде последовательности сглаженных импульсов. Данные импульсы имеют частотный спектр, который спадает гораздо быстрее, чем спектр прямоугольных (NRZ) импульсов за пределами ширины основного лепестка 1/ T_b Гц (см. рис. 2. 10б).