36 Фазовая модуляция цифровыми сигналами. Модулятор qpsk-сигнала.

Кодер отображает цифровое сообщение {I} на цифровой модулирующий сигнал w(t), который представляет собой четырехуровневый полярный сигнал с импульсами прямоугольной формы и символьной скоростью в 2 раза меньшей битовой скорости цифрового сообщения.

Амплитуда импульса модулирующего сигнала определяется значением текущего дибита обычно в соответствии с кодом Грея. С выхода линейного кодера цифровой сигнал w(t) поступает на формирователь квадратурных компонент, где происходит вычисление текущего значения фазы θ_k и квадратурных компонент х_к = cos(θ_k) и у_к = sin(θ_k ) комплексной огибающей модулированного сигнала на символьном интервале Ts.

Формирующие фильтры ограничивают полосу частот модулирующего сигнала.

Все указанные выше операции по формированию квадратурных компонент и ограничению их спектра выполняются обычно программно в процессоре передатчика. Окончательное формирование фазо­модулированного сигнала производится с использованием сглаженных квадратурных I/Q компонент комплексной огибающей и монохроматического высокочастотного сигнала.

При формировании модулированного сигнала на относительно низкой промежуточной частоте (десятки мегагерц и ниже) достаточно мощный процессор передатчика может обеспечить выполнение требуемых операций по формированию сигнала согласно квадратурному представлению модулированного сигнала. Квадратурные компоненты монохроматического сигнала на фиксированной промежуточной частоте генерируются непосредственно в процессоре, умножаются на соответствующие квадратурные I/Q компоненты комплексной огибающей, а результаты перемножения складываются. В результате на выходе ЦАП имеет место фазомодулированный сигнал, а последующий ФНЧ подавляет в спектре выходного сигнала нежелательную частоту дискретизации ЦАП.

Такое формирование модулированного сигнала позволяет получить максимально точную и стабильную величину девиации независимо от абсолютной частоты высокочастотного выходного сигнала.

Однако последующий перенос спектра модулированного колебания с промежуточной частоты на рабочую связан с возникновением паразитных комбинационных частот. Подавление их является не простой задачей. Поэтому значительно чаще встречается вариант квадратурного модулятора с использованием специальной высокочастотной микросхемы модулятора, работающей на высокой частоте (сотни и тысячи мегагерц), как это и показано на схеме.

ФНЧ подавляет в спектре аналогового сигнала частоту дискретизации ЦАП. Высокостабильный сигнал от синтезатора на рабочей частоте поступает на микросхему модулятора.

Фазовращатель обеспечивает формирование квадратурных компонент в.ч. колебания, выполнение операций умножения и сложения. В результате на выходе сумматора имеет место QPSK-сигнал s(t), соответствующий квадратурному представлению фазомодулированного сигнала.

Спектральные характеристики QPSK-сигнала

1 - модулирующий сигнал w(t); 2 - модулированный QPSK-сигнал;

3 - сглаженный модулированный QPSK-сигнал

Как видно из рисунка, ширина главного лепестка модулированного сигнала без использования формирующего фильтра в 2 раза меньше, чем у исходного модулирующего сигнала вследствие в 2 раза меньшей символьной скорости модулированного сигнала по сравнению с битовой скоростью исходного цифрового сигнала. Применение формирующего фильтра Найквиста типа «приподнятый косинус» с параметром α = 0,35 существенно уменьшает полосу частот, занимаемую модулированным сигналом. Ограничение спектра в формирующем фильтре приводит к существенному уменьшению полосы частот, занимаемой ФМ сигналом, но одновременно возникает сопутствующая АМ, так как в фильтре происходит значительное изменение формы сигнала.

При слабом ограничении спектра сопутствующая АМ близка к нулю.