3.4. Дискретный канал с фазовой модуляцией

Упрощенная структурная схема дискретного канала с фазовой модуляцией (ФМ) приведена на рис. 3.4.

Д

U₀ (t)

Г

Рис.3.4

Назначение элементов схемы ПФ_пер, ПФ_пр, УС, ОА в этой схеме такое же, как в схеме системы с ЧМ.

Как известно, оптимальный в смысле минимальный вероятности ошибки метод передачи двоичных сигналов заключается в представлении модулирующего сигнала (0 или 1) противоположными сигналами. Наиболее характерным примером таких сигналов являются сигналы фазовой модуляции, в которых фаза скачком меняется между двумя значениями, отличающимися на 180^о.

Если при частотной модуляции информация о виде модулирующего сигнала заложена в значение несущей частоты, то при фазовой модуляции информационным параметром является фаза передаваемого сигнала.

Процесс модуляции осуществляется в фазовом модуляторе, а демодуляция – в фазовом демодуляторе.

При поступлении единичного элемента 1 на вход модулятора сигнал на выходе модулятора совпадает по фазе с несущей, а при поступлении единичного элемента 0 – сдвинут по фазе на 180^о.

В фазовом демодуляторе принимаемый фазомодулированный сигнал сравнивается по фазе с эталонным сигналом, который называется обычно опорным U₀ (t). Последний должен совпадать как по частоте, так и по фазе с несущей на передаче. Если принимаемый сигнал на единичном интервале времени совпадает по фазе с опорным, то выносится решение о том, что передавался элемент 1. Если же фазы принятого и опорного сигнала отличаются на 180^о, то делаем вывод о том, что передавался элемент 0.

Таким образом, системы с ФМ, в принципе, предусматривают необходимость когерентного приема и являются «непрозрачными», т.е. передают только изохронные сигналы.

Одной из основных проблем при демодуляции ФМ сигнала является проблема получения опорного напряжения. В качестве опорного напряжения можно использовать: напряжение высокостабильного местного генератора (см. рис. 3.4); пилот – сигнал, передаваемый по специальному каналу от передатчика; напряжение, выделяемое из принимаемого рабочего сигнала.

Однако всем известным методам получения опорного напряжения присущ одинаковый недостаток: из-за воздействия различных неконтролируемых факторов возможны случайные изменения фазы опорного напряжения на 180^о. Кроме того, при определенных условиях возможны скачки фазы на 180^о и напряжения несущей передатчика. Положение усугубляется тем, что учесть эти факторы практически невозможно. При этом даже в отсутствие помех все элементы принимаются «наоборот» (0 вместо 1 и 1 вместо 0), или, как говорят, возникает явление «обратной работы», которое будет продолжаться до следующего скачка фазы. Возможность «обратной работы» является существенным недостатком фазовой модуляции или, как ее иначе называют, абсолютной фазовой модуляции для того, чтобы подчеркнуть ее отличие от относительной фазовой модуляции.

3.5. Дискретный канал с относительной фазовой модуляцией

При относительной фазовой модуляции (ОФМ) явление «обратной работы» отсутствует, но достигается это ценой некоторого снижения помехоустойчивости.

Метод ОФМ заключается в том, что отсчет фазы передаваемого сигнала осуществляется не относительно фазы несущей, а относительно фазы предыдущего сигнала. Пусть при передаче элемента 0 передаваемый сигнал должен иметь сдвиг относительно предыдущего на 180^о, а при передаче элемента 1 – на 0^о. Очевидно, что в передатчике необходимо перед началом каждого сеанса связи обеспечить передачу вспомогательного сигнала, от фазы которого начинается отсчет фазы первого элемента.

При ОФМ сдвиг фазы необходимо осуществлять как при переходе от элемента 1 к элементу 0, так и при переходе от элемента 0 к элементу 0. На практике более удобен такой режим работы передатчика, как при ФМ, когда сдвиг фазы происходит только при смене одного элемента на другой (1 на 0 или 0 на 1). Для этого достаточно преобразовать модулирующий сигнал в перекодирующем устройстве передачи (ПКУ_пер). Если ( -1)-й и -й элемент на выходе ПКУ_пер совпадают, то это означает передачу -го модулирующего сигнала 0. Если ( -1)-й и -й элементы на выходе ПКУ_пер разные, то это означает передачу -го модулирующего сигнала 1. Далее перекодированный сигнал подается на ФМ модулятор.

Сигналы ОФМ могут приниматься различными методами. Ниже рассмотрим когерентный метод приема.

Если при приеме использовать фазовый демодулятор, на который подается когерентное опорное напряжение, то после фазового демодулятора будем иметь сигнал, совпадающий (при отсутствии ошибок) с перекодированным на передаче. Такой сигнал нуждается в обратном преобразовании в перекодирующем устройстве приема (ПКУ_пр) в соответствии с изложенным выше правилом. В результате на выходе ПКУ_пр образуется исходный модулирующий сигнал.

При таком методе приема скачок фазы может вызвать двойную ошибку, а не поток ошибок, как при абсолютной фазовой модуляции. Поэтому при когерентном приеме вероятность ошибки для ОФМ в два раза больше, чем для ФМ.

Систему с ОФМ можно рассматривать, как обычную систему с ФМ, но со специальным перекодированием модулирующего сигнала.

Отсюда следует, что структурная схема дискретного канала с ОФМ отличается от структурной схемы дискретного канала с ФМ лишь наличием дополнительных перекодирующих устройств передачи и приема.