Квадратурная амплитудная модуляция, страница 2

При постоянной мощности сигнала вероятность принятия правильного решения приёмником системы связи обратно пропорциональна числу уровней принимаемого сигнала. Поэтому бинарное представление цифровой информации энергетически более выгодно по сравнению с многоуровневым представлением. Однако при КАМ очень эффективно используется полоса частот, так как при многопозиционной модуляции можно в  раз увеличить скорость передачи информации и, например, при КАМ-16  в ствол с полосой пропускания Δf = 40 МГц можно уложить  стандартных телефонных каналов, а, например, при ОФМ-2 – только 625 каналов, при ОФМ-8 – 1875 каналов.

Модулятор сигналов с КАМ сравнительно сложное устройство, так как требуется организовать передачу информации таким образом, чтобы на приёмном конце линии связи был обеспечен минимум ошибок, и при этом существовали бы возможности подстройки опорной частоты и обеспечения синхронизации приёма посылок. В каналах с низким отношением сигнал/шум информацию можно передавать лишь относительными способами [14], закладывая её в разность состояний соседних посылок, что требует дополнительных кодировок передаваемых по каналам сигналов в модуляторе.

На вход приемника поступает сигнал

, где ω_нес и φ - соответственно частота и начальная фаза несущего колебания;

A_C(t) и A_S(t) - процессы, переносящие информацию.

Каждый из процессов A_C(t) и A_S(t) независимо от другого принимает одно из четырёх дискретных значений, обеспечивая тем самым передачу за один символ одного из М состояний кода

M-QAM. После переноса в радиотракте сигнала S_ПР на промежуточную частоту, он принимает вид

.

Задачей демодулятора является выделение процессов A_C(t) и A_S(t) и идентификация их текущего сочетания с одним из M возможных сигналов.

Обычное домножение сигнала S_ПЧ на квадратурные составляющие сигнала гетеродина с единичной амплитудой  и  с последующей низкочастотной фильтрацией не решает проблемы, так как при этом образуются сигналы:

,

(5)

, где Δω = ω_ПЧ - ω_Г;

ψ - результат алгебраического сложения начальных фаз всех генераторов приёмно-передающего тракта.

Для последующей правильной демодуляции необходимо, чтобы S_C = A_C и S_S = A_S. А здесь в сигналах S_C и S_S присутствуют с разными (случайными и меняющимися по времени) весовыми коэффициентами оба компонента A_C и A_S. Поэтому одной из задач при демодуляции сигналов КАМ является устранение как влияния разности частот, так и суммарного набега фазы.

На примере КАМ-16 рассмотрим вариант построения модулятора КАМ. Поскольку сигнальное созвездие симметрично (рис. 20.5,а), то при приёме возможны четыре устойчивых состояния (т.е. кроме «правильного» расположения после подстройки, приведенного на рис. 20.5,а, возможны ложные ситуации, показанные на рис. 20.5, б-г). При этом все принятые состояния будут идентифицированы не с теми, которые передавались.

На передающей стороне необходимо передаваемые сочетания идентифицировать с полубайтами информационного потока, чтобы имел место код Грея (вариант кода Грея приведен на рис. 20.5, д).

Наиболее вероятный вид ошибок, возникающих из-за воздействия теплового шума входных цепей, проявляется в том, что вместо передаваемого состояния, демодулятор принимает решение о том, что передавалось не оно, а соседнее с ним. При этом в случае использования кода Грея в полубайте пострадает только один бит информации. При использовании других способов привязки полубайта к уровням (A_C, A_S) неправильная идентификация соседнего состояния с переданным, приведет к ошибкам сразу в нескольких битах (вплоть до всех четырех в полубайте).

Для выполнения всех перечисленных задач может быть использовано устройство, укрупненная структурная схема которого представлена на рис. 20.6. На вход демодулятора поступает сигнал S_ПЧ(t). На первом этапе из него выделяются квадратурные составляющие I₁ и Q₁ с помощью гетеродина-генератора, управляемого напряжением (ГУН). В составляющих I₁ и Q₁ присутствует неизвестный фазовый сдвиг ψ, т.е. каждая из них содержит в определенных сочетаниях обе компоненты векторов A_C и A_S.