Исследование устройства и принципа действия модулятора и демодулятора

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра «Системы передачи информации»

Лабораторная работа №4

Исследование модулятора-демодулятора

Гомель 2004

Лабораторная работа №4

Исследование модулятора-демодулятора

Цель работы: изучить устройство и принцип действия модулятора и демодулятора

ДИСКРЕТНЫЕ ВИДЫ МОДУЛЯЦИИ

При дискретной модуляции модулирующим является дискретный (цифровой) сигнал, а модулируемым — обычно гармоническое колебание. При дискретном модулирующем сигнале модуляции часто называют манипуляциями. Они бывают: амплитудной (АМ_Н), частотной (ЧМ_Н), фазовой (ФМ_Н) и относительной фазовой (ОФМ_Н). Важным параметром способа манипуляции является число вариантов сигнала на выходе модулятора и демодулятора (модема) или число вариантов манипулируемого параметра выходного сигнала. Это число называют позиционностью сигнала и способа манипуляции. Словосочетание "m-позиционная ФМ_Н" означает, что каждый элемент сигнала на выходе модулятора имеет одну из m допустимых начальных фаз. Если все m вариантов сигнала равновероятны, то производительность модулятора как источника информации на входе непрерывного канала связи прямо пропорциональна двоичному логарифму числа m: . Эту величину называют кратностью модуляции, ибо она показывает, во сколько раз увеличивается информационная емкость данной системы по сравнению с двухпозиционной (однократной) системой при той же длительности элементарного символа.

Рисунок 1 - Сигналы для простейших видов модуляции

Наиболее часто позиционность выбирают так, чтобы она равнялась целой степени числа 2, тогда кратность k — целое число.

На рисунке 1 показаны сигналы для простейших способов двухпозиционной (однократной) модуляции сигнала-переносчика в виде гармонического колебания. На рисунке 1, а показан двоичный сигнал на входе модулятора в виде двухполярных импульсов, отображающих двоичные символы 0 и 1, на рисунке 1, б - г — сигналы на выходе идеального модулятора при использовании двухпозиционной АМ_Н, ЧМ_Н, ФМ_Н. Эти сигналы отражают основополагающую особенность систем цифровой передачи сообщений — принцип дискретности сигнала в канале связи.

Однократная абсолютная ФМ_Н.

Фазоманипулированное колебание (ФМК) может быть записано в виде:

где  - функция, определяющая закон изменения фазы .

Ширина спектра ФМК наибольшая, если — периодическая функция на интервале, где — длительность элементарной посылки, т. е. фазовый манипулятор на 180°. Манипулятор может быть выполнен на перемножителе сигналов или на ключевой схеме, одна из которых показана на рисунке 2.

Рисунок 2-Фазовый манипулятор на 180°

К выводам 2 и 4 ключей подводятся противофазные колебания несущей частоты от генератора, выполненного на элементах DD1.1 и DD1.2. Манипулирующий сигнал  подается на управляющий вход 13 непосредственно и на управляющий вход 5 через инвертор. При = 1 замыкается контакт 1, 2, и на выход ключа поступает колебание одной фазы. При этом контакт 3, 4 разомкнут. Если же  = 0, то наоборот, замыкается контакт 3, 4, а контакт 1,2 - разомкнут, и на выход ключа поступает колебание несущей частоты противоположной фазы. Так осуществляется ФМ_Н на 180°.

Детектор ФМ_Н-сигналов (когерентный детектор). Детектор состоит из перемножителя сигналов с интегратором или ФНЧ на его выходе. В нем принятый ФМ_Н-сигнал перемножается с опорным колебанием, когерентным ФМ_Н-сигналу. Устройство, формирующее опорное колебание, называют выделителем опорного колебания (ВОК). Оно может работать по специальному синхросигналу и информационному колебанию. По принципу - построения различают пассивные (разомкнутые) и активные (замкнутые) ВОК. Активные ВОК реализуются в виде устройств фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), где опорное колебание формируется управляемым автогенератором.

Наибольший интерес в задачах когерентной обработки ФМ_Н-сигналов представляют методы ВОК по информационному сигналу. Поскольку информационная фаза сигнала является случайной, то методы построения ВОК основаны на снятии фазовой манипуляции. Эта операция называется ремодуляцией, а методы выделения опорных колебаний из информационного сигнала различают и классифицируют по способу ремодуляции. Известно пять основных классов ВОК, отличающихся способом демодуляции сигнала: умножение частоты, умножение фазы, приведение фазы, прямая ремодуляция принятого сигнала и регенерация и ФМ_Н-сигнала, Как правило, при всех способах ремодуляции ВОК может быть построен по пассивным и активным схемам. Пассивную схему ВОК с умножением частоты называют схемой Пистолькорса, а активную с умножением частоты — схемой Сифорова. Схема Пистолькорса — самая первая схема ВОК, получившая широкое распространение.

Рисунок 3 - Детектор ФМ_н-сигналов и диаграммы работы детектора

Она сравнительно проста, устойчива в работе и не подвержена ложным захватам, как замкнутые системы с использованием управляемых генераторов. В схеме когерентного детектора (рисунок 3, а) ВОК по схеме Пистолькорса обведен штриховой линией. В его состав входят удвоитель частоты УЧ, фильтр второй гармоники Ф2, делитель частоты в 2 раза (ДЧ), фильтр первой гармоники Ф1, фазовращатель ФВ. Первый блок - удвоитель частоты является ремодулятором, а его работа поясняется временными диаграммами (рисунок 3 , б). Сигнал на выходе удвоителя частоты состоит из четных гармоник, и поэтому фильтром Ф2 выделяется самая мощная из них - вторая. После деления ее на 2 в блоке ДЧ на выходе фильтра Ф1 получается опорное колебание. Фазовращатель компенсирует временную задержку опорного колебания в выделителе. Исследования показали, что в схеме Пистолькорса, как и во всех других схемах ВОК, фаза опорного колебания неоднозначна (0 или 180°). Положение усугубляется и тем, что даже при правильной начальной фазировке в реальных каналах связи всегда имеются причины, вызывающие спонтанное "перескакивание" фазы опорного колебания и приводящие к "обратной работе": помехи в тракте опорного колебания, переходные процессы в схеме, изменения питающих напряжений и ряд других воздействий, учесть которые невозможно.