Исследование устройства и принципа действия модулятора и демодулятора, страница 4

Исходная последовательность двоичных символов длительностью Т при помощи регистра сдвига разделяется на нечетные импульсы y, которые подаются в квадратурный канал (), и четные – x, поступающие в синфазный канал (). Обе последовательности импульсов поступают на входы соответствующих формирователей манипулирующих импульсов, на выходах которых образуются последовательности биполярных импульсов  и . Манипулирующие импульсы имеют амплитуду С/д/^Аз и длительность 2T. Импульсы  и  поступают на входы канальных перемножителей, на выходах которых формируются двухфазные (0,л) ФМ колебания. После суммирования они образуют сигнал ФМ-4. В соответствии с методом формирования сигнал ФМ-4 также называют квадратурным ФМ сигналом (QPSK – QuadraturePSK).

При одновременной смене символов в обоих каналах модулятора (с 10 на 01, или с 00 на 11) в сигнале ДОФМ происходит скачок фазы на 180°.

Рисунок 7 - Схема квадратурного модулятора

Пользуясь геометрической трактовкой, каждый сигнал КАМ можно изобразить вектором в сигнальном пространстве. Отмечая только концы векторов, для сигналов КАМ получаем изображение в виде сигнальной точки, координаты которой определяются значениями  и . Совокупность сигнальных точек образует так называемое сигнальное созвездие (signalconstellation).

На рисунке 8 показана структурная схема модулятора и-сигнальное созвездие для случая, когда  и  принимают значения ±1, ±3 (4-х-уровневая КАМ).

Рисунок 8 - Схема модулятора и сигнальная диаграмма КАМ-4

Величины ±1, ±3 определяют уровни модуляции и имеют относительный характер. Созвездие содержит 16 сигнальных точек, каждая из которых соответствует четырем передаваемым информационным битам. Комбинация уровней ±1, ±3, ±5 может сформировать созвездие из 36 сигнальных точек. Однако из них в протоколах ITU-T используется только 16 равномерно распределенных в сигнальном пространстве точек.

Из теории связи известно, что при равном числе точек в сигнальном созвездии спектр сигналов КАМ идентичен спектру сигналов ФМ. Однако помехоустойчивость систем ФМ и КАМ различна. При большом числе точек сигналы системы КАМ имеют лучшие характеристики, чем системы ФМ. Основная причина этого состоит в том, что расстояние между сигнальными точками в системе ФМ меньше расстояния между сигнальными точками в системе КАМ.

На рисунке 9 представлены сигнальные созвездия систем КАМ-16 и ФМ-16 при одинаковой мощности сигнала. Расстояние d между соседними точками сигнального созвездия в системе КАМ с L уровнями модуляции определяется выражением:

для ФМ , где M число фаз.

Рисунок 9 - Схема модулятора КАМ-16

Демодулятор КАМ.

Одна из возможных структурных схем когерентного демодулятора сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией КАМ при аналого-цифровом преобразовании квадратурных сигналов I и Q приведена на рисунке 10. В усилителе промежуточной частоты (УПЧ) осуществляется усиление и фильтрация сигнала. Формирователь квадратур (ФК) переносит спектр сигнала на нулевую промежуточную частоту и формирует квадратурные сигналы I и Q. Они подвергаются преобразованию в аналого-цифровых преобразователях (АЦП). Устройство выделения информации (УВИ) осуществляет выделение данных из принимаемого сигнала. Устройство тактовой синхронизации (УТС) формирует сигнал тактовой синхронизации с помощью принимаемого сигнала. Поддержание постоянного уровня сигнала на входах АЦП осуществляет устройство автоматической регулировки усиления (АРУ). Когерентное опорное колебание формируется для ФК устройством выделения несущей частоты (УВН).

Рисунок 10 - Схема демодулятора КАМ