3.9Квадратурная фазовая манипуляция 4-фм (qpsk). Квадратурная амплитудная манипуляция кам (qam)
В цифровых системах ретрансляции телевизионных программ через спутники применяется, благодаря многим ее преимуществам, фазовая манипуляция несущей. Наиболее распространенными и стандартизированными в международном масштабе являются двоичная фазовая манипуляция (Binary Phase Shift Keying, BPSK) и 4-х позиционная (квадратурная) фазовая манипуляция 4-ФМ (Quad- га1иге Phase Shift Keying, QPSK). QPSK и ее разновидности применяются в системах, в которых эффективность использования частотной полосы при BPSK недостаточна. Поэтому для ретрансляции телевизионных программ через спутники цифровым способом применяют QPSK. Возможно применение фазовой манипуляции и более высокой позиционности, но возникают трудности обеспечения для нее необходимого уровня отношения несущая/шум. Принцип квадратурного преобразования показан на рис. 3.10.
Квадратурный преобразователь состоит, из: делителя, фильтров нижних частот (ФН4) — фильтров Найквиста, балансных модуляторов (БМ) — перемножителей и сумматора. Делителем входной цифровой поток двоичных последовательностей делится на две равные части. Фильтры Найквиста с выбранными коэффициентами спада— "скругления" ограничивают частотный спектр каждого импульса.
На первые входы каждого балансного модулятора с фильтра подается половина потока двоичных последовательностей импульсов со "скругленными" фронтами и спадами. На вторые входы БМ 1 и БМ 2 подаются несущие колебания определенной частоты, например, 70 МГц: на модулятор БМ 1 непосредственно, а на БМ 2— со сдвигом по фазе на 90'. Здесь, как и при амплитудной балансной модуляции, на выходе каждого БМ образовывается по одной основной составляющей /и Q.
Составляющие имеют равные амплитуды, так как полупотоки входных двоичных последовательностей равны и сдвинуты по фазе друг по отношению к другу на 90', т.е. квадратурные. Они подаются на сумматор и на его выходе формируется один общий результирующий сигнал ОРИК, который можно рассматривать как два независимых сигнала с двоичной фазовой манипуляцией (BPSK). Двоичная последовательность / на выходе БМ 1 может иметь фазу 45' или 225' относительно несущей, а последовательность О на выходе БМ 2 — 135' или 315' относительно несущей.
Следует отметить, что для цифровых сигналов QPSK теоретическая эффективность использования частотной полосы (спек- тральная эффективность) составляет 2,0 бит/с.Гц, а для сигналов BPSK — 1,0 бит/с Гц, т. е. в два раза меньшая. Этим объясняется широкое применение QPSK для ретрансляции цифровых телевизионных программ по спутниковому каналу.
Квадратурная амплитудная манипуляция — КАМ (Quadrature Amplitude Shift Keying, QAM) является более сложным и совершенным видом квадратурной фазовой манипуляции СЕРЯК и направлена на повышение эффективности использования частотного канала приема/передачи.
При квадратурной амплитудной манипуляции КАМ (QAM) изменяется и фаза, и амплитуда сигнала. Так, если цифровые потоки / (1) и 0 (~), подаваемые на входы балансных модуляторов, не равны и изменяются, то очевидно, что и амплитуда результирующего сигнала будет также изменяться и занимать (при пространственно- кодовом представлении) позиции не только по окружности, но и позиции внутри круга (рис. 3.11), а чем выше позиционность, тем выше эффективность использования выделенной полосы частот. Для сравнения: эффективность использования частотной полосы для 16-QAM составляет 4 бит/с Гц, а для 64-QAM — 6 бит/с Гц. При обеспечении для нее достаточной помехоустойчивости может быть 4-х, 8-и, 16-и и 32-х позиционной (4-QAM, 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM).
Однако следует отметить, что для многопозиционных видов квадратурной амплитудной манипуляции от усилителей требуется очень высокая линейность (ультралинейное усиление) и более высокий уровень отношения несущая/шум (C/N), чем для простой QPSK, что обеспечить при ретрансляции по спутниковому каналу не просто. Поэтому, как отмечалось, для этих целей применяется QPSK, а для передач по кабельной сети принятые по спутниковому каналу сигналы QPSK транскодируются при непосредственной доставке их потребителям в многопозиционную 64-QAM, что значительно экономнее.