Фазовая и относительная фазовая манипуляция, страница 2

Фаза сигнала посылки отсчитывается от фазы предыдущего элемента сигнала. При таком методе ошибка при отсутствии помех в канале возникает в момент перескока фазы опорного сигнала только в одном символе, а последующие регистрируются правильно, т.е. режим обратной работы устраняется. Плата за это – удвоение вероятности ошибки из-за шумов в канале, так как решение в отличии от ФМ принимается по двум приходящим из канала посылкам. При ОФМ в этом случае выгоднее брать для сравнения не ближайшие, а разнесенные посылки, например через 2, как показано на рис. 19.3.

Многократная ОФМ на одной поднесущей позволяет осуществлять передачу нескольких цифровых каналов сразу либо повышать достоверность передачи информации путем повторной передачи по каналу.

Системы ОФМ обладают высокой помехоустойчивостью в каналах с медленно меняющимися параметрами и занимают узкую полосу частот. В отличие от ФМ они допускают некогерентный прием. Редкое использование ФМ, ввиду явных преимуществ ОФМ, привело к тому, что в литературе ОФМ стали иногда называть просто цифровой ФМ, опуская слово относительная.

Рис.19.3. Пример формирования относительных отсчетов

Если фаза принимает только два значения, соответствующие логическим ”0” и ”1”, то модуляцию называют двоичной фазовой модуляцией (BPSK – Binary Phase Shift Keying). При ОФМ-2 символ 0 передается отрезком  синусоиды с начальной фазой предыдущего сигнала, а символ 1 – с начальной фазой, отличающейся от фазы предыдущего сигнала на +π. Аналитически сигнал BPSK описывают выражением

 где    .

Пример построения сигнала для этого случая показан на рис. 19.4.

Техническая реализация модуляторов BPSK не вызывает затруднений, но скачки фазы в сигнале на 180º приводят к нежелательной амплитудной модуляции и к  неэффективному использованию спектра, поэтому этот вид модуляции на практике используют [11,12] для относительно низкоскоростных телекоммуникационных систем.

Для фазовой модуляции сигнальное созвездие представляет собой N точек, находящихся на одинаковом расстоянии от центра координат и отличающихся друг от друга фазовыми сдвигами относительно положительной ветви оси абсцисс. Каждая сигнальная точка своим фазовым сдвигом относительно предыдущей посылки несет информацию об одном дискретном  отсчёте, поэтому при передаче бинарной информации каждый отсчёт при BPSK соответствует боду входного сообщения.

Рис. 19.4. Двоичная фазовая модуляция (BPSK)

При многопозиционной ФМ в одном отсчете модулирующего сигнала может содержаться несколько бод сообщения и таким образом можно закодировать целые отрезки модулирующего бинарного сигнала [16-20]. При применении многоуровневой ФМ исходный бинарный поток разбивается на соответствующее число бит (дибит, трибит и т.д.) и каждому такому отсчёту соответствует посылка со своей начальной фазой. На приемной стороне информация считывается по разности фаз относительно предыдущей посылки.

В общем случае относительная ФМ может быть М-уровневой (4, 8, 16, …)

, где:

;    ;

 – длительность радиоимпульса; 

T – длительность одной посылки информационного потока;

;

 – фаза k-1 импульса.

При М = 4 и 8 обычно ,   где    .

Например, при ФМ-8 с восьмью сигнальными точками каждое состояние даёт возможность передавать сообщение об одной из восьми возможных групп бит входного информационного потока: 000, 001, 011, 111, 110, 100, 101, 010. Подобное перекодирование позволяет без значительного ужесточения требований к передающей аппаратуре увеличивать скорость передачи исходного информационного потока в    раз.

Если в сигнальном созвездии используются только 2 точки, то фазы информационных сигналов ”1” и ”0” различаются на 180º и ускорение передачи информации невозможно. Если используются  4 точки, то можно передавать исходный информационный поток группами по два бита (дибитами: 00, 01, 10, 11 ) и вдвое ускорить передачу информации. Примеры сигнальных созвездий для ФМ, ФМ-4 и ФМ-8 представлены на рис. 19.5.

а)                                  б)                                  в)

Рис. 19.5. Сигнальные созвездия:  а – BPSK,  б – ФМ-4,  в – ФМ-8