3. Багатократні та комбіновані методи модуляції.
Многократные методы модуляции
Эффективными средствами повышения пропускной способности каналов является передача сигналов с использованием многократной модуляции. В этих системах модулируемый параметр, (например, амплитуда, фаза, частота) переносчика может принимать не два (как при однократной модуляции), а больше двух разнообразных значений. В результате этого каждая передаваемая посылка переносит большее количество информации, чем при однократной модуляции, что позволяет увеличить скорость передачи информации, не изменяя длительности посылки.
В современных системах передачи дискретной информации наиболее широко применяется двукратная частотная модуляция (ДЧМ), двукратная ФМ (квадратная ФМ) и двукратная относительная фазовая модуляция (ДОФМ). Кроме этих видов модуляции, практическое применение находят амплитудно-относительная фазовая модуляция (АОФМ) и трехкратная относительная фазовая модуляция (ТОФМ), квадратурная амплитудная модуляция, которая представляет собой комбинацию двухуровневой АМ с ДОФМ.
При передаче двоичных сигналов методом ДЧМ (QFSK) модулируемый параметр, (частота передатчика) может принимать четыре значения:f1,f2,f3,f4
Модуляционный код приведен в табл. 1.
Таблица 1
|
Элемент 1-го канала (нечетный разряд) |
Элемент 2-го канала (четный разряд) |
Частота |
|
0 |
0 |
f1 |
|
0 |
1 |
f2 |
|
1 |
0 |
f3 |
|
1 |
1 |
f4 |
При передаче сообщений кодовыми комбинациями двоичного кода 1-элементами 1-го и 2-го каналов является соответственно нечетные и четные разряды этих кодовых комбинаций. Для формирования ДЧМ сигналов в этом случае необходимо:
поделить разряды передаваемой кодовой комбинации на два канала: 1-й канал - последовательность нечетных разрядов и 2-й канал - последовательность четных разрядов;
анализировать значение соседних нечетных и четных разрядов и формировать управляющие сигналы на смену частоты передатчика в зависимости от содержания каждой пары разрядов.
Принятые колебания ограничиваются и через полосовые фильтры, каждый из которых настроен на одну из частот f1,f2,f3,f4, поступают на соответствующие детекторы.Cвыходов детекторов сигналы поступают в декодирующее устройство, которое обеспечивает выдачу получателю разрядов, соответствующих частоте принятого сигнала.
Комбинированные методы модуляции.
Наряду с многократными методами модуляции широкое применение находят комбинированные методы. В этом случае модуляции подлежит не один, а несколько параметров несущего колебания. Такими параметрами могут быть амплитуда и фаза. Относительная амплитудно-фазовая модуляция (АОФМ) представляет собой комбинации ОФМ с многоуровневой (чаще двухуровневой)AM. При передаче сигналов средством АОФМ информация заключена не только в соотношении фаз соседних посылок (как при ОФМ), а и в амплитуде сигнала (как приAM). В общем случае амплитуда сигнала может принимать η значений. На рис.1показанная векторная диаграмма, которая объясняет принцип АОФМ при η=2.
Рис.1К пояснению АОФМ
Модулированное колебание при АОФМ состоит из отдельных посылок вида:
,
где Uk- амплитуда огибающей посылки, к = 1,2,...,
.
С целью повышения помехоустойчивости модуляционный код (таблица соответствия передаваемой последовательности 1 и 0 амплитуде и фазе сигнала) строится таким образом, чтобы при переходе под влиянием помех в наиболее вероятный соседний уровень сигнала искажался один двоичный разряд.
Для обеспечения одинаковой помехоустойчивости при передаче любой последовательности 1 и 0 необходимо обеспечить равенство расстояний между концами векторов, отображающих сигналы.
Определим расстояние между концами
векторов - 2х, при амплитуде сигнала
.
Тогда в соответствии с рис.1
будет справедливо выражение:
.
Откуда:
.
Указанным требованиям удовлетворяет
модуляционный код (для
=
2), приведенный в табл.2
|
1-й подканал |
2-й подканал |
Величина скачка фазы |
Значение амплитуды |
|
0 |
0 |
180 |
|
|
0 |
1 |
180 |
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
|
Использование такого вида модуляции
обеспечивает увеличение скорости
передачи в
раз. Однако вероятность ошибки возрастает.
Увеличить скорость передачи можно, если модулировать не одно, а два несущих колебания, сдвинутых относительно друг друга на 90° Такой вид модуляции получил название квадратурной амплитудной модуляции. При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ) два колебания, сдвинутых относительно друг друга на 90°, модулируется по фазе со скачком 180° и по амплитуде. Число градаций амплитуды может быть различно. В результате, например, при двух значениях амплитуды число возможных значений сигнала 4x4=16 Ансамбль сигналов удобно отображать с помощью пространственной точечной решетки (сигнального созвездия). Каждой точке сигнального созвездия, обозначающей конец вектора сигнала, соответствует А разрядов двоичного кода. На рис.2-изображены примеры сигнального созвездия для различных скоростей модуляции.
Так как с увеличением скорости ухудшается устойчивость, при больших скоростях передачи применяется помехоустойчивое кодирование. Широкое применение при этом находит исправляющий ошибки код. Вид модуляции, при котором используется квадратурная AMсовместно с исправляющим ошибки кодом, получил название треллис-модуляции (ТСМ).
Рис. 2Сигнальное созвездие
Рис. 2Сигнальное созвездие
Вероятность ошибки при КАМ:
,
где
- число уровней амплитуды;
;
,
.
КАМ-16: М=16, k= 4,
=4.