Фазовая манипуляция

Основными показателями, характеризующими виды модуляции, являются: помехоустойчивость в отношении теплового шума, эффективность использования занимаемой полосы частот, степень подверженности передаваемых сигналов к влиянию не идеальности характеристик линейного тракта, сложность построения приемо-передающей аппаратуры и соответствующих модемов (модулятор-демодулятор).

В многоканальных РСП первая ступень модуляции осуществляется в каналообразующем оборудовании.

В многоканальных РСП имеется две ступени модуляции. С помощью первой ступени модуляции формируется многоканальный сигнал.

В системах с частотным разделением каналов (ЧРК) в первой ступени применяется однополосная модуляция.

В системах с временным разделением каналов (ВРК) применяется фазово-импульсная модуляция (в аналоговых РРСП), импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) и дельта модуляция (в цифровых РСП).

Выбор вида модуляции в значительной мере определяют технические характеристики и особенности построения оконечного оборудования ствола и приемо-передающей аппаратуры РСП.

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ В АНАЛОГОВЫХ РСП

В аналоговых системах передачи сигналов многоканальной телефонии с частотным разделением каналов и телевидения практически всегда применяется ЧМ, поскольку на нелинейность тракта оказывает влияние только ФЧХ. При ЧМ:

где - частота несущей; – отклонение частоты под воздействием модуляционного сигнала (девиация частоты); – крутизна модуляционной характеристики.

Так как круговая частота радиосигнала является производной его фазы , то:

где – постоянная интегрирования.

С учётом вышеизложенного общее выражение для ЧМ сигнала:

где – постоянная амплитуда радиосигнала.

Основными характеристиками радиосигнала являются: девиация частоты, индекс частотной модуляции, ширина спектра для неискажённой передачи.

Эффективная девиация частоты соответствует средней мощности группового сигнала и зависит от эффективной девиации частоты на канал . Эффективная девиация частоты группового и измерительного сигналов:

,

,

где – сопротивление напряжения в точке с нулевым относительным уровнем, в котором измеряется мощность сигнала. – средняя мощность измеряемого сигнала. Эффективная полоса с учетом вышеизложенного

,

где – средняя мощность сигнала в одном канале ТЧ; – число каналов в системе.

Величину можно выразить непосредственно через уровни средних мощностей группового сигнала и сигнала одного канала:

,

Величина нормируется в зависимости от и может изменяться в пределах 35..200кГц. Эффективное значение индекса ЧМ:

,

где – верхняя частота спектра группового сигнала.

Для характеристики ЧМ радиосигнала используются также квазипиковые девиации частоты и индекс модуляции, соответствующий квазипиковой мощности группового сигнала , превышаемой в 0,1% времени.

; ,

где – пик-фактор группового сигнала, зависящий от числа каналов.

При этом:

; .

При передаче сигнала многоканальной телефонии необходимая полоса определяется из допустимого уровня переходных помех, возникающих в результате ограничения спектра:

,

где – параметр, зависящий от уровня переходных помех и индекса ЧМ. Мощность переходных помех, обусловленных ограничением ширины спектра ЧМ, очень быстро растёт с уменьшением .

На практике для приближённой оценки необходимой полосы пользуются эмпирической формулой Карсона:

МАНИПУЛЯЦИЯ В ЦИФРОВЫХ РСП

В зависимости от числа уровней M манипулирующего сигнала различают двухуровневую и многоуровневую манипуляцию.

Для многих видов манипуляции, применяемых в цифровых РСП, предполагается использование манипулирующих сигналов , отличающихся от исходного передаваемого сигнала . Для этого применяется кодер модулятора. При демодуляции проводится обратное преобразование. В кодере преобразуется статистическое распределение вероятности появления 0 и 1 в бинарном сигнале для придания передаваемому по тракту цифровому сигналу свойства случайной последовательности.

Обобщенная схема модема

АМПЛИТУДНАЯ МАНИПУЛЯЦИЯ

В последнее время применяется лишь двоичная АМ видеосигнал с АМ.

,

где – амплитуда немодулированного sin колебания; – элемент исходного двоичного сигнала.

,

где – длительность элемента исходного цифрового сигнала; – радиоимпульс; – случайная начальная фаза k-го радиоимпульса.

Минимальная полоса частот радиосигнала численно равна скорости передачи цифровой информации(частота следования передаваемых элементов).

Эффективность использования полосы частот характеризуется максимальной удельной скоростью передачи при двоичной АМ .

.

В системах АМ применяется некогерентное детектирование, обеспечивающее простоту построения аппаратуры, при незначительном проигрыше по сравнению с когерентным детектированием. Модуляция и демодуляция в системе с АМ не требует специального кодирования и декодирования.

При ФМ информационным параметром является фаза радиоимпульсов.

В современных РСП применяется двоичная, четырёхуровневая и восьмиуровневая ФМ. При демодуляции фаза ФМ сравнивается с фазой восстановленного несущего колебания из-за случайных сбоев имеет место неопределённость фазы восстановленной несущей, что является причиной «негативной» работы.

Фазовую манипуляцию с разностным кодированием фазы называют фазоразностной или относительной (ОФМ). В общем случае радиосигнал с М уровневой ОФМ.

.

,

где ;– длительность радиоимпульса; – фазовый сдвиг при ОФМ; – фаза предшествующего импульса.

Применяются два способа демодуляции ОФМ:

· Восстанавливается несущая и когерентный ОФМ сигнал, затем разносно декодируется принимаемый сигнал. То есть декодирование и демодуляция разделены;

· Этот способ предполагает дифференциально-когерентное детектирование ОФМ радиосигнала, при котором в качестве опорного используется предшествующий радиоимпульс, при этом операция детектирования и декодирования совмещены.

Ширина спектра ОФМ радиосигнала зависит от скорости передачи и числа уровней модуляции.

Минимально необходимая полоса пропускания:

.

На практике полосу выбирают несколько большей:

.

При ОФМ-4 полоса частот вдвое меньше, чем при ОФМ-2 при одинаковой скорости передачи. Максимальная эффективность использования полосы частот при ОФМ:

.

Дата добавления: 2014-01-13