Способы модуляции, используемые при передаче цифровой информации. Общие принципы. Квадратурная модуляция

8 Способы модуляции, используемые при передаче цифровой информации

8.1 Общие принципы

В настоящее время все большая часть информации по каналам связи передается в цифровом виде. Это означает, что передаче подлежит не непрерывный (аналоговый) модулирующий сигнал, а последовательность целых чисел  которая может принимать значения из некоторого фиксированного конечного множества. Эти числа называются символами, поступают от источника с периодом Т, а частота, соответствующая этому периоду, называется символьной скоростью . Часто используемым на практике вариантом является двоичная последовательность символов, когда каждое число  может принимать одно из двух значений: 0 или 1.

Поскольку символы принимают значения из конечного множества, этот сигнал фактически является цифровым сигналом. Далее будут рассматриваться вопросы, связанные с преобразованием этого цифрового сигнала в аналоговый модулирующий сигнал.

Типичный подход при осуществлении передачи дискретной последовательности символов состоит в следующем. Каждому из возможных значений символа ставится в соответствие некоторый набор параметров несущего колебания. Эти параметры поддерживаются постоянными в течение интервала Т, т.е. до прихода следующего символа. Фактически это означает преобразование последовательности чисел   в ступенчатый аналоговый сигнал , . Здесь f – некоторая функция преобразования.

Такой способ модуляции, когда параметры несущего колебания меняются скачком, называется манипуляцией. В зависимости от того, какие именно параметры изменяются, различают амплитудную (АМн), фазовую (ФМн), частотную (ЧМн) и квадратурную (КАМн) манипуляцию. Кроме того, при передаче цифровой информации может использоваться несущее колебание, отличное по форме от гармонического. Так, при использовании в качестве несущего колебания последовательности прямоугольных импульсов возможны амплитудно-импульсная (АИМ), широтно-импульсная (ШИМ) и время-импульсная (ВИМ) модуляции.

В настоящее время для передачи данных по каналам связи наиболее широкое распространение получила квадратурная манипуляция (КАМн), поэтому не рассматриваются другие виды манипуляции, с которыми можно ознакомиться подробно в [ ], остановимся на этом виде манипуляции. Чтобы понят суть этой модуляции, вспомним принцип аналоговой квадратурной модуляции.

8.2 Квадратурная модуляция

При аналоговой модуляции у несущего колебания можно менять по отдельности амплитуду  и начальную фазу  гармонического колебания .

Однако можно изменять эти два параметра одновременно, получив за счет этого возможность передавать два сигнала сразу:

.

Такую модуляцию можно было бы назвать амплитудно-фазовой. Однако два модулирующих сигнала в этом случае оказываются “неравноправными”, т.к. они модулируют существенно разные параметры несущего колебания. Можно сделать ситуацию более “симметричной”, слегка преобразовав форму представления сигнала. Для начала раскроем косинус суммы:

.

Теперь сигнал оказался представленным в виде суммы двух АМ-колебаний. Их несущие  и  сдвинуты по фазе на  друг относительно друга, а амплитудные функции равны  и . Используем их в качестве новой пары модулирующих сигналов (вместо