Квадратурная фазовая модуляция (ФМ-4), принципы ее работы

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнева

Факультет информатики и систем управления

«Модуляция QPSK»

Лабораторная работа.

Красноярск

2006

Цель работы: Ознакомиться с квадратурной фазовой модуляцией(ФМ-4), принципами ее работы. Научиться модулировать сигнал посредством ФМ-4.

Краткие теоретические сведения:

При двоичной фазовой модуляции один канальный символ может переносить один передаваемый бит, т.е. длительность Т_кс=Т_с(Т_кс – длительность одного канального символа, Т_с – длительность символа). Однако, один канальный символ может переносить и большее число информационных бит. Например, пара следующих друг за другом битов может принимать 4 значения: 00, 01, 10, 11. Если для передачи каждой пары использовать 1 канальный символ, то потребуется 4 канальных символа: S₀(t), S₁(t), S₂(t), S₃(t)_, т.е. М=4. При этом скорость передачи символов будет в два раза ниже, чем скорость поступления информационных бит, т.е. каждый Т_кс=2Т_с.

При фазовой модуляции в качестве канальных символов можно выбрать следующие радиосигналы:

Сигнальное созвездие- отображение сигнала на комплексной плоскости.

Каждая группа из двух битов представляется соответствующим фазовым углом, которые отстоят друг от друга на 90⁰, а каждая сигнальная точка отстоит по действительной и мнимой части на 45⁰.

Реализация ФМ-4:

Последовательность передаваемых битов разбивается на две последовательности( четных и нечетных битов). Биты с одинаковыми номерами в этих последовательностях образуют пары, которые удобно рассматривать как комплексные биты. Действительная часть – бит нечетной последовательности, а мнимая часть – бит четной последовательности. Полученные таким способом комплексные биты преобразуются в комплексную последовательность прямоугольных электрических импульсов длительностью 2Т_с, которые используются для модуляции несущего колебания. Так образуется сигнал ФМ-4.

Рассмотрим один комплексный бит:

Обозначим символом I значение электрического импульса, полученного из действительной части этого бита, а Q значение электрического импульса, полученного из мнимой части.

Тогда формируемый ФМ-4 сигнал:

Меняя значения I и Q, можно получить как амплитудную, так и фазовую модуляцию. Если принять, что I и Q принимают значения , то амплитуда этого сигнала постоянна и равна . А фаза принимает значения: -45⁰, +45⁰, +135⁰, -135⁰.

В результате для комплексной амплитуды высокочастотного сигнала с такой модуляцией можно записать:

Пример:

Порядок выполнения работы:

1.  Ознакомиться с теоретическим материалом.

2.  Зайти в Matlab, вызвать библиотеку, написав в диалоговом окне commlibv1:

3.  В появившемся окне открыть Modulation, дважды щелкнув на нем:

4.  Далее в появившемся окне выбрать Digital Modem:

5.  Потом открыть More function blocks:

6.  Открыть QPSK demo:

7.  На появившейся схеме найти модулятор QPSK mod, правой кнопкой мыши нажать на нем и “снять маску” с модулятора:

8.  Появится окно со схемой модулятора ФМ-4,надо “снять маску” с двух средних блоков:

9.  Чтобы в схему добавить осциллограф, надо вызвать Simulink Library Browser. В этой библиотеке выбрать Sinks, потом найти осциллограф и “перетащить” его в схему:

10.  Вставить осциллографы  в места схемы, где надо проследить изменение сигнала. Посмотреть на сигнал можно двоекратным нажатием на осциллограф.

11.  Запустить работу схемы можно нажатием черного треугольника на панели инструментов.

Контрольные вопросы:

1.  Что такое квадратурная фазовая модуляция? Рассказать принципы работы.

2.  Чем отличается двоичная фазовая модуляция(ФМ-2) от квадратурной фазовой модуляции(ФМ-4)?

3.  Что такое сигнальное созвездие? Как его строить?

4.  Нарисовать функциональную схему ФМ-4. Рассказать принцип работы каждой части схемы. Показать, как изменяется сигнал после прохождения каждой части схемы.

5.  Придумать свой сигнал и промодулировать его.