5.7.2. Помехоустойчивость при приеме сигналов с дофм.

При ДОФМ (QPSK) как и при ОФМ (DPSK) информация заключена в разности фаз колебаний посылок, которые чередуются друг за другом, однако разность фаз может принимать не два (как при ОФМ), а четыре возможных значения.

Рис.5.20. Векторные диаграммы.

Каждым комбинациям значений двух соседних (нечетных и четных) разрядов передаваемых кодовой комбинации соответствует одно из четырех возможных значений разности фаз соседних посылок. При составлении модуляционного кода учитывается необходимость обеспечения максимальной помехоустойчивости передаваемых сигналов. С этой целью соседние значения фаз сигнала должны соответствовать изменению только одного из двух разрядов в паре символов. На рис.5.20 приведенны векторные диаграммы правильного (рис.5.20, а) и неверного (рис.5.20, б) вариантов построения модуляционного кода. В последнем случае при ошибке в приеме соседнего вектора вместо переданного будет неверно принят только один символ.

Векторные диаграммы ДОФМ сигналов для обозначенных в таблице вариантов модуляционного кода приведенные на рис.5.20, в, г, где - вектор предыдущей (опорной) посылки.

Второй вариант более простой в реализации, но при продолжительной передаче нулей усложняется выделение необходимых для синхронизации колебаний тактовой частоты. Поэтому при использовании второго варианта модуляционного кода принимают специальные меры, исключающие продолжительную передачу нулей. На практике применяются оба варианта модуляционного кода.

В табл.5.2 приведены два варианта наиболее применяемого модуляционного кода.

Таблица 5.2

1-й подканал	2-й подканал	Величина скачка фазы несущей
(нечетные разряды)	(четные разряды)	1-й вариант	2-й вариант
0	0	0	45
0	1	90	135
1	1	180	225
1	0	270	315

Как и при ДЧМ, в передатчике ДОФМ сигналов необходимо осуществлять распределение последовательности элементов поступающих кодовых комбинаций от источника информации на 2 подканала: 1-й подканал (последовательность нечетных разрядов) и 2-й подканал (последовательность четных разрядов). После распределения необходимо анализировать содержание соседних нечетных и четных разрядов и формировать управляющие сигналы на смену фазы несущего колебания в соответствии с модуляционным кодом. Управляющие сигналы поступают в модулятор, где осуществляется изменение фазы несущего колебания.

Схемы модуляторов легко реализуются с помощью делителей частоты на триггерах, необходимое количество которых () определяется минимальным значением скачка фазы несущего колебания (Δφ_min) исходя из выражения:

Частота следования тактовых импульсов на входе делителя должна быть равна:

где - частота несущего колебания для передачи сигналов по каналу связи.

Поскольку при формировании сигналов с ДОФМ в соответствии с таблицей модуляционного кода минимальная величина скачков фазы равна 90° и 45° , то для построения схемы формирования в первом случае необходимо и, а во втором случаетриггера и

Для канала тональной частоты с ,и

при использовании 1-го и 2-го вариантов модуляционного кода соответственно.

С целью уменьшения ширины спектра частот сигнала разработан метод модуляции ДОФМ со сдвигом (ДОФМС). При использовании этого вида модуляции сначала получают два сигнала с ОФМ. Сдвигают эти сигналы на и складывают. В результате в суммарном колебании возможные скачки фазы только 0,При ДОФМ скачок фазы 0,. Отсутствие скачков фазы наи предопределяет меньшую ширину спектра сигнала при применении ДОФМС.

Структурная схема формирования ДОФМ сигналов для второго варианта модуляционного кода приведена на рис.5.21. Устройство распределения формирует из импульсов, которые поступают от источника информации, последовательности нечетных и четных разрядов. Устройство формирования управляющих сигналов анализирует содержание нечетных и четных разрядов и формирует управляющие сигналы. В зависимости от значений управляющих сигналов осуществляется дополнительный переброс одного из двух или обоих триггеров, в результате чего начальный прыжок фазы, равный 45, увеличивается на 90, 180 или 270 и становится равным 135, 225 и 315 соответственно. Полосовой фильтр ограничивает спектр передаваемых сигналов полосой первых боковых составляющих.

Рис.5.21. Схема модулятора

Прием ДОФМ сигналов можно осуществлять как когерентным, так и автокорреляционным методами. Для реализации когерентного метода приема необходимо создать опорное напряжение из принимаемого сигнала, устранив модуляцию фазы. Это достигается увеличением в четверо частоты принимаемого сигнала с последующим делением частоты полученного колебания на четыре или автоподстройкой частоты и фазы местного генератора. Так как при ДОФМ фаза посылки может принимать одно из четырех возможных значений, то для демодуляции ДОФМ сигналов необходимо формировать два опорных напряжения, сдвинутых относительно друг друга по фазе на 90º и соответствующим образом сфазированных с принимаемыми посылками.

Это обстоятельство приводит к необходимости использовать в приемном устройстве два фазовых детектора (рис.5.22).

После регистрации знаков (фазы) принятых посылок фазовыми детекторами осуществляется выявление значений нечетных и четных разрядов. Поэтому необходимо запомнить знаки предыдущей посылки. Для этого предназначены два запоминающих устройства (ЗУ). По знакам предыдущей и последующей посылок устройство анализа формирует содержание нечетных и четных разрядов.

Рис.5.22. Схема демодулятора

При приеме ДОФМ сигналов в отличие от ОФМ расстояние между концами векторов соседних сигналов ровно не 2 (рис.5.23), а . Поэтому с точки зрения помехоустойчивости ДОФМ можно рассматривать как эквивалентную ОФМ, у которой отношение сигнал / помеха уменьшено враз. С учетом этого вероятность ошибки при ДОФМ определяется соотношением:

. (5.15)

Аналогично можно показать, что при использовании кода с основанием вероятность ошибки будет определяться выражением

.

Рис.5.23. Векторная диаграмма.

Из графиков зависимости , приведенных на рис.5.11 видно, что помехоустойчивость приема при использовании ДОФМ несколько ниже, чем при ОФМ-1 и ОФМ-2, но значительно выше, чем при использовании ЧМ и особенно АМ.

Одной из важных задач, возникающих при передаче сигнала, является формирование более узкого и компактного его спектра. Так как ширина спектра сигнала зависит от формы импульсов, подаваемых на модулятор, фронты прямоугольных импульсов сглаживаются. Так, например, в квадратурной ФМ со скруглением по Найквисту (NQPSK – Nyquist QPSK) прямоугольная огибающая скругляется, приобретая форму функции

где и- напряжения в квадратурных каналах.

Функция выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась форма спектра в виде косо-симметричного среза с коэффициентом скругления спектра α, а сигнал удовлетворял условиям отчетности. Наиболее часто используется скугление со спектром

Скругление формы огибающей способствует сужению спектра сигнала.

Смещенная квадратурная ФМ (OQPSK - offset QPSK, М=4). Ограничение полосы сигнала QPSK приводит к появлению амплитудной модуляции, обуслов­ленной переходными процессами (в основном, при скачках на 180°).В сигнале OQPSK такие скачки фазы на 180° отсутствуют, поскольку формирование произ­водится с использованием двух квадратурных каналов, смещенных по времени на половину длительности символа 772. При этом скачки фазы на 90° остаются

В сигнале OQPSK также возможно скругление огибающих. В этом случае сигнал можно обозначить как NOQPSK, а приведенное выще выражение принимает вид:

Уменьшение ширины спектра сигнала обеспечивается путем скругления фронтов импульсов при использовании частотной модуляции с минимальным сдвигом.