6.4.Квадратурная амплитудная модуляция [12]

Фазовую манипуляцию можно улучшить путем увеличения числа фазовых уг­лов от 4 для квадратурной фазовой манипуляции (КФМн, или 4-ФМн) до 8 или 16 для 8-ФМн и 16-ФМн соответственно. В случае кодирования 8-ФМн несущая может иметь один из восьми различных фазовых углов (рис. 6.4), причем каждый вектор будет представлять одну из восьми 3-битовых комби­наций. Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) является расширением ФМн, в том смысле, что несущая для увеличении числа битов в представле­нии изменяется как по амплитуде, так и по фазе. Например, кодирование 16-КАМ увеличивают битовую ширину модуляции до 4, как показано на рис. 6.5,а. Используются 12 различных фазовых векторов несущей, четыре из которых имеют по две амплитуды, что делает возможным 4-битовое пред­ставление. На рис. 6.5,б изображены все возможные фазовые углы и ампли­туды несущей для 16-ФМн; такую диаграмму называют звездной картой. В ка­бельном цифровом телевещании используется цифровая модуляция более высокого порядка, 64-КАМ, в которой каждое сочетание значений фазы и амплитуды несущей представляет одну из 64 возможных 6-битовых комбина­ций. Звездная карта для кодирования 64-КАМ показана на рис. 6.6.

Рис. 6.4. Векторная диаграмма для 8-ФМн

Рис. 6.5. а – векторная диаграмма для 16-КАМ;

б – звездная карта для 16-ФМн.

Рис. 6.6. Звездная карта для 64-КАМ

6.5. Кодированное ортогональное частотное уплотнение

Несмотря на свою высокую эффективность, кодирование 64-КАМ при ис­пользовании для наземного вещания страдает от замираний и многолучевой интерференции. В аналоговых системах замирание и многолучевая интерфе­ренция вызывают ухудшение изображения. В цифровых системах, особенно когда изменение фазы на отраженном пути составляет 180° по отношению к прямому пути, возможно серьезное ухудшение и даже полное исчезновение изображения. Этого можно избежать, используя модуляцию с несколькими несущими, называемую ортогональным частотным уплотнением (OFDM)[20].

Рис. 6.7. Частотный спектр одной несущей COFDM

Поскольку цифровой сигнал кодируется с применением прямой коррекции ошибок, этот процесс модуляции называют кодированным ортогональным частотным уплотнением (COFDM).

Способ COFDM включает в себя распределение высокоскоростного после­довательного битового потока по большому числу близко расположенных инди­видуальных несущих, разнесенных по доступной полосе частот; каждая несущая передает только часть общего битового потока. Несущие обрабатываются (или модулируются) одновременно в течение регулярных интервалов времени. На­бор несущих, обрабатываемых на каждом интервале, называют символом COFDM. Вследстие большого числа несущих длительность символа COFDM существенно больше, чем длительность одного бита в исходном битовом пото­ке. Пусть, например, число модулирующих битов равно 500, причем каждый из них используется в течение 0,1 мкс для обработки (модуляции) 500 несущих с целью формирования символа COFDM. Тогда длительность символа COFDM составит приблизительно 0,1  500 = 50 мкс. Большая длительность символа по­зволяет приемнику ждать, пока не придут все отраженные сигналы, и только по­сле этого произвести оценку и обработку сигнала. Таким образом, отраженные колебания, приходящие в этот период времени, будут улучшать путь прямой пе­редачи. Возможно дальнейшее его улучшение посредством введения перед сим­волом защитного интервала (называемого также защитной полосой), во время которого приемник ждет перед тем, как начать оценку несущих.

Расстояние между несущими выбирается равным l/t_s, где t_s – продолжи­тельность модулирующего символа. На рис. 6.7 показан частотный спектр каждой несущей. При использовании всех несущих получается плоский час­тотный спектр с паразитными боковыми лепестками на каждом его крае (рис. 6.8). Введение защитного интервала улучшает частотный спектр, уменьшая вторичные боковые лепестки.

Рис. 6.8. Частотный спектр набора несущих COFDM