Двоичная фазовая модуляция

Простейшей формой цифровой модуляции является ФМ-2. Этот способ часто используется в системах с прямым расширением спектров, в которых модулирующий сигнал является ПСП. Для ФМ-2 сигнала должны выполняться равенства:

;

при

;

;

при

;

Комплексная огибающая этого сигнала не изменяется на указанном интервале времени и может принимать следующие два значения:

;

при

;

при

Полезным и наглядным оказывается графическое представление возможных значений этой огибающей на комплексной плоскости. Для ФМ-2 комплексная огибающая представлена на рисунке. Такое изображение называют сигнальным созвездием.

Мнимая часть Действительная часть 1800 00 -А А

Сигнальное созвездие ФМ-2 сигнала

Основная особенность радиосигнала в данном случае состоит в том, что его текущая фаза имеет разрывы в моменты изменения полярности модулирующего сигнала. Эти «скачки» фазы на являются основной причиной того, что спектральная плотность мощности ФМ-2 сигнала в радиоканале отличается от нуля в недопустимо широкой полосе частот. Поэтому в таком виде ФМ-2 сигналы практически не используются. Для уменьшения занимаемой ими полосы они подвергаются фильтрации.

Трудно осуществить фильтрацию этих сигналов после модулятора на высокой частоте, так необходимы узкополосные высокодобротные фильтры для каждой частоты несущего колебания. Число таких частот в современных цифровых системах связи может достигать несколько десятков. Поэтому операция фильтрации всегда выполняется над модулирующим сигналом до модуляции. Данный фильтр является низкочастотным и единственным, но достаточно сложным. Однако современные достижения радиоэлектроники обеспечивают его реализацию, а большое число частотных каналов в этом случае можно получить, если использовать несущее колебание с набором соответствующих частот. Такой фильтр называют фильтром основной полосы.

Однако при уменьшении полосы частот, занимаемой радиосигналом путем фильтрации, приходится учитывать возникающую при этом проблему МСИ.

Квадратурная фазовая модуляция

При ФМ-2 один канальный символ переносит один передаваемый бит. Однако один канальный символ может переносить большее количество бит информации. Например, пара следующих друг за другом битов может принимать четыре значения: , , , .

Если для передач каждой пары использовать один канальный сигнал, то для передачи потребуется четыре канальных сигнала: , так что . При этом скорость передачи символов в канале оказывается в два раза ниже, чем скорость поступления информационных битов на вход модулятора и, следовательно, каждый канальный символ теперь может занимать временной интервал длительностью .

  В частности, при фазовой модуляции в качестве канальных символов можно выбрать следующие радиосигналы:

;
где		–	отклонение фазы радиосигнала с номером от фазы немодулированного несущего колебания
		–	комплексная амплитуда этого сигнала на интервале времени , для .

  

В дальнейшем вместо четырех канальных символов или четырех радиосигналов будем говорить о единственном радиосигнале, комплексная амплитуда которого может принимать четыре указанных значения, представленных на рисунке в виде сигнального созвездия.

Мнимая часть +1350 +450 (-1,+1) (+1,+1) Действительная часть А -1350 - 450 (-1,-1) (+1,-1)

Сигнальное созвездие ФМ-4 сигнала.

Каждая группа из двух битов представляется соответствующим фазовым углом, все фазовые углы отстоят друг от друга на . Можно отметить, что каждая сигнальная точка отстоит от действительной или мнимой оси на .