3744

16, КАМ-16 и др.При 0ФМ-8 при приходе очередной “1” ЦИС фаза выходного РЧ колебания изменяется на π/4 (45°). На рис. 5.3 приведена диаграмма сигнала ОФМ-8, которая последовательно принимает 8 различных состояний. Каждому состоянию соответствует трехразрядный двоичный код. В табл. 5.1 приведены фазовые сдвиги и коды состояний сигнала ОФМ-8 по мере поступления “единиц” исходного ЦИС (n- номер очередной “1” ЦИС).

Таблица 5.1

Как следует из табл. 5.1, последовательность двоичных чисел, определяющих код состояния, отличается от обычного. Она называется кодом Грея. Важным свойством кода Грея является то, что при переходе от одного состояния (числа) к другому изменяется только один бит (разряд) числа. Это свойство кода Грея облегчает построение манипулятора с цифровым управлением и минимизирует ошибку при приеме. На рис. 5.4 показана схема манипуляции ОФМ-8 с использованием кода Грея при преобразовании ЦИС.

Прежде, чем дать пояснение к схеме рис. 5.4 отметим характерные свойства рассматриваемых сигналов. Диаграмма ОФМ-4 (рис. 5.3), и диаграмма ОФМ-8 (рис.5.4.) отличаются симметрией. Симметричный сигнал с любым числом состояний можно сформировать, суммируя 2 ортогональных (сдвинутых по фазе на 90°) РЧ напряжение: Uс=Vccos ωot и

81

Us=Vssin ωot, если амплитуда Vc и Vs изменять по регулярному закону. При формировании ОФМ-4 Vc и Vs принимали 2 значения (+1 и -1). Чтобы получить 8 ОФМ-8 (рис.5.4 ), Vcи Vs должны принимать три различных значения (уровня): +1, -1 и 0 (“запрет”), когда соответствующий сигнал Uс или Us обращается в нуль. Трехуровневые РЧ сигналы Uс и Us можно получить на выходе балансных модуляторов, если на них подавать трехуровневое управляющие напряжения Vc и Vs.

Обратимся к схеме рис.5.4. Входной ЦИС, представляющий последовательность логических “1” и “0”, в УПИ преобразуется в 3 параллельных цифровых сигнала: V1, V2, V3. В соответствии с табл. 5.1 сигнал V; изменяется в соответствии с законом изменения старшего разряда кода состояния, сигнал V2 - среднего и – V3 младшего разряда (рис. 4.8 а, б, в). Сигнал V3 используется для “коррекции” сигналов V1 и V2 в манипуляторах Ml и М2.

Рис. 5.4. Структурная схема формирователя сигнала ОФМ-8

Управляющий сигнал Vc на выходе манипулятора Ml (рис. 5.4, д) меняется так же, как V1, но с тем отличием, что перескоки из одного состояния в другое (из “1” в “0” и наоборот) возможны лишь при V3 = “1”. Если V3 = “0”,то при

82

изменении состояния сигнала V1 на выходе манипулятора устанавливается уровень “запрета” (Fc=0). Аналогично работает и манипулятор М2, формируя напряжение Vs (рис. 5.4, е); при этом манипулятор М2 управляется инверсным сигналом. В многоканальных и спутниковых системах связи, а также телеметрических системах в целях повышения качества, помехоустойчивости и достоверности все чаще используется передача сигналов в дискретной (цифровой) форме. При этом для передачи по одному каналу ТЧ с полосой 300…3400 Гц применяется дискретизация с частотой Fд ≈ 8 кГц и осуществляется кодирование восьмиразрядным двоичным кодом, так что скорость передачи информации в одном канале составляет В1 = 8·103·8 = 64 кбит/с; 32 канала объединяются в первичную группу и требуют скорости передачи В(32) = 64·32 = 2,048 Мбит/с. Далее группы могут наращиваться до 128, 512, 2048 каналов, что соответственно потребует скоростей передачи приблизительно 8,5; 34,5 и 440 Мбит/с. Передача таких больших потоков информации осуществляется на частотах f ≥ 10 ГГц с использованием четырехили восьмипозиционной относительной фазовой манипуляции.

Формирователь четырехпозиционного сигнала 4ОФМ может быть выполнен по коммутационной схеме рис. 5.5, где цифровой сигнал (ЦС) поступает на вход преобразователя кода (ПК), а сигналы от опорного генератора – Г (например, промежуточной частоты fпч≈ 70 МГц) преобразуются в блоке фазовращателя (ФВр) в четыре сигнала, сдвинутые взаимно на 90˚. Эти сигналы поступают на коммутаторы К1 – К4, а фильтр на выходе ослабляет внеполосные составляющие [9].

Другой вариант формирователя сигнала 40ФМ (рис. 5.5, б) работает по принципу сложения двух квадратурных амплитудно-манипулированных сигналов, оказывающихся на выходе балансных модуляторов БМ1 и БМ2. Система 4ОФМ обеспечивает эффективное использование спектра занимаемой полосы частот: от 1,5…2 бит/с на 1 Гц.

83

Рис. 5.5. Структурные схемы формирователей сигналов ОФМ (а ,б) и схема их подключения к приемопередатчику в

системе цифровой связи (в)

Другой вариант формирователя сигнала 40ФМ (рис. 5.5,б) работает по принципу сложения двух квадратурных амплитудно-манипулированных сигналов, оказывающихся на выходе балансных модуляторов БМ1 и БМ2. Система 4ОФМ обеспечивает эффективное использование спектра занимаемой полосы частот: от 1,5…2 бит/с на 1 Гц.

Комбинация цифрового модулятора и демодулятора (модем) легко подключается ко входу и выходу обычной приемопередающей радиостанции, рассчитанной на работу с аналоговыми сигналами при достаточной ширине полосы модулирующих частот (рис. 5.5, в). Цифровой сигнал подвергается исправлению в регенераторе (РГ) передатчика, преобразованию кода и через кодер (К) поступает на вход фазового модулятора (ФМ) передатчика. Принятый сигнал подвергается обратным преобразованиям в декодере (ДК) и в других блоках.

84

5.2. Квадратурная амплитудная модуляция

При M >4 вместо ОФМ используется многоуровневая квадратурная амплитудная модуляция (КАМ). Это связано в первую очередь с большой помехоустойчивостью КАМ и с упрощением демодулятора в приемнике. Однако поскольку при КАМ изменяется амплитуда РЧ сигнала, возникает проблема обеспечения высокой линейности тракта передач. При ОФМ амплитуда РЧ сигнала постоянная (меняется только фаза).При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ, QAM - Quadrature Amplitude Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить помехоустойчивость. Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным средством их описания. Общая структурная схема рассматриваемого в работе модулятора КАМ-16 приведена на рис. 5.6,а. Исходная последовательность двоичных символов длительностью Т=ῖр при помощи регистра сдвига разделяется на четыре импульсных потока x(t), y(t), z(t), w(t). Очередной импульс каждого потока кратен четырем. Импульсы потоков y(t), z(t), w(t) сдвинуты относительно соответствующих импульсов потока x(t) на один, два и три импульса соответственно.

Попарно импульсные потоки x(t) и y(t), z(t) и w(t) подаются на два КАМ-4 модулятора. Указанные последовательности импульсов поступают на входы соответствующих формирователей манипулирующих импульсов, на выходах которых образуются последовательности биполярных импульсов x(t), y(t), z(t) и w(t) (рис. 5.6). Манипулирующие импульсы имеют амплитуду Um / и длительность 4Т. Импульсы x(t) и y(t) поступают на входы канальных перемножителей, на выходах которых формируются двухфазные (0,π) ФМ колебания. После суммирования они образуют сигнал ФМ-4. Аналогично импульсы z(t) и w(t) поступают на входы соответствующих

85

канальных перемножителей, а после сумматора они также образуют сигнал ФМ-4. Далее последний сигнал ОФМ-4 поступает на аттенюатор, где осуществляется его затухание на 6 дБ. После этих процедур оба сигнала 4 ОФМ поступают на сумматор. В результате суммирования на его выходе образуется сигнал КАМ-16. Сигнальные созвездие на выходе ОФМ-4, осуществляющие фазовую модуляцию сигналов x(t) и y(t), представлены в верхней части рис. 5.5, б. Сигнальные созвездия на выходе ФМ-4, осуществляющие фазовую модуляцию

Рис. 5.6. Диаграмма кодов состояний

86

сигналов w(t), z(t) на выходе аттенюатора, представлены в нижней части рис. 5.5, в, а сигнальное созвездие на выходе модулятора КАМ-16 показано на рис. 5.7, в.

Из рис. 5.6, в следует, что на выходе модулятора КАМ16 образуется 16 сигналов, отличающихся амплитудой и фазой. В результате проведенной модуляции в течение каждого интервала tr будет передаваться сигнал со своей фазой и амплитудой. Данный сигнал будет хранить информацию о четырех разрядах исходного сигнала.

Рис. 5.7. Обобщенная структурная схема модулятора

87

КАМ-16 и сигнальные созвездия

Рис. 5.8. Схема квадратурного модулятора КАМ-16

В свою очередь информация, содержащаяся в одном разряде исходного сигнала, будет учитываться при формировании четырех сигналов созвездия. Тем самым, будет достигаться более высокий уровень помехозащищенности.

Представим на рис. 5.8 созвездие сигнала КАМ-16 с возможными амплитудами и фазами. Этот сигнал может принимать одну из четырех амплитуд, которые определяются следующим образом: первая амплитуда определяется длинной отрезка |OB|=b=1; вторая амплитуда равна длине отрезка |OD|=3*b=3; третья и четвертая амплитуды определяются соответственно длинами отрезков ОА и ОЕ, которые равны

88

, 2 , , , 315°, 341.57°, которые оп-

ределяются с помощью тангенса угла наклона.

Рис. 5.9. Созвездие сигнала КАМ-16 с возможными амплитудами и фазами

После прихода восьмиразрядного числа на регистр сдвига модулятора КАМ-16 сначала начинают обрабатываться первые поступившие четыре разряда. Каждой комбинации нулей и единиц четырехразрядного числа соответствует определенный КАМ-16 сигнал с определенной фазой и амплитудой. Данные о соответствии исходных и выходных сигналов приведены в табл. 5.2.

В процессе последовательного сдвига разрядов исходных четырехразрядных чисел на выходе формируется последовательность импульсов соответствующих амплитуды и фазы.

89

Рис. 5.10. Сигнал на входе модулятораКАМ-16

90