11.2 Методи розширення спектру і модуляції несучої.

Методи розширення спектру мають наступні|слідуючі| достоїнства:

• висока перешкодостійкість|перешкодостійкий| завдяки великій надмірності коду і можливості|спроможності| застосування|вживання| оптимальної фільтрації;

• можливість|спроможність| уникнути впливу інтерференції, оскільки вона відбувається|походить| лише в частині|частці| широкосмугового діапазону. У методі DSSS| вона призводить тільки|лише| до втрати декількох бітів, які можна відновити, а в методі FHSS| — до втрати окремих фрагментів повідомлень|сполучень|, які відновлюються шляхом повторної передачі або втрачаються|розгублюють| тільки|лише| один раз (у методі AFH|), до того як система виключить дану частоту із|із| списку використовуваних;

• широкосмуговий сигнал складніше перехопити, чим вузькосмуговий. FHSS| виглядає як шум, якщо в приймачі не використана та ж черговість зміни частот, що і в передавачі;

• широкосмуговий передавач може використовувати один і той же діапазон частот спільно з|із| іншими типами передавачів з|із| мінімальним взаємовпливом. Зокрема, він практично не вносить перешкод до вузькосмугових систем завдяки дуже малій потужності;

• робота при спектральній щільності сигналу на рівні і нижче за рівень шуму дозволяє виключити необхідність отримання|здобуття| ліцензії на використання таких передавачів.

Ідея модуляції полягає в тому, щоб|аби| перенести спектр інформаційного сигналу в область високих частот, в нашому випадку в діапазон 2,4 Ггц, що дозволить передавати його за допомогою електромагнітної хвилі. Електромагнітні хвилі збуджуються в антені струмом|током | , який називається несучим коливанням, або просто несучим. Принаймні один з параметрів А, ω, φ несучої може залежати від часу: . Форма цієї залежності відповідає формі сигналу, який потрібно передати|передавати| за допомогою радіоканалу. Процес управління параметрами називається модуляцією. Окремим випадком модуляції є|з'являється,являється| маніпуляція, коли модульовані параметри змінюються стрибкоподібно|стрибкоподібний| між двома їх значеннями. Залежно від того, який параметр стає залежним від часу, модуляція називається амплітудною, фазовою або частотною. Можливі також комбіновані способи модуляції: амплитудно-фазова|амплітудно-фазова|, фазочастотна|, тощо.

Кількість інформації, яка може бути внесена до сигналу, можна збільшити, використовуючи декілька одночасно змінних параметрів. У цифрових системах передачі модульовані параметри змінюються дискретно. Тому кількість інформації, що припадає на бодовий| інтервал, можна збільшити, збільшуючи кількість дискретних рівнів. Бодовим інтервалом називають часовий інтервал, протягом якого параметри А, ω, φ залишаються сталими.

Оскільки , тобто зміну фази можна представити|уявляти| за допомогою змін амплітуди синусоїдної і косинусоїдної| компоненти, то параметри вихідного синусоїдного коливання можна представити|уявляти| на площині|плоскості| за допомогою графіка (мал. 11.1), у|біля,в| якого по осі абсцис відкладена амплітуда синусоїдної компоненти (тобто величина cosφ, її називають синфазною компонентою| і позначають|значать| на графіку літерою I, від слова In-phase|), по осі ординат — амплітуда косинусоїдної компоненти, тобто sinφ|, яку називають квадратурною і позначають|значать| літерою Q, від слова Quadrature|. Отриманий|одержувати| у такий спосіб|в такий спосіб| графік називається сигнальним сузір'ям (рис. 11.1). Він збігається з|із| графіком, що зображає|змальовує| синусоїдне| коливання на комплексній площині|плоскості|.

При амплітудній модуляції фаза не змінюється, тому всі точки графіка розташовуються на осі абсцис. При фазовій модуляції амплітуда постійна, тому всі точки графіка лежать на колі, радіус якого рівний амплітуді коливання.

При двійковій фазовій модуляції (BPSK| — Binary| Phase| Shift| Keying|) фаза приймає тільки|лише| два дискретні значення: 0 і π, тому сигнальне сузір'я складається з двох точок, розташованих|схильних| на осі абсцис. Цей різновид фазової маніпуляції є|з'являється,являється| найбільш перешкодостійким.

Модифікацією цього методу є|з'являється,являється| диференціальна двійкова фазова маніпуляція (DBPSK| — Differential| BPSK|), коли логічним значенням «0»| або «1»| відповідають не абсолютні значення фази, а зміна фази відносно попереднього її значення. Наприклад, якщо фаза сигналу була рівна 0, то для кодування значення «1»| її змінюють|зраджують| на 180°|, а для кодування логічного «0»| фазу залишають попередньою. Аналогічна ідея використовується в методі NRZI-кодування| (див. рис. 11.2), коли логічній одиниці відповідає зміна рівня сигналу, а логічному нулю|нуль-індикатору,нуль-множині,нуль-последовності,нуль-елементу| — її відсутність.

Рис. 11.1 Сигнальне сузір'я для QPSK-модуляції|	Рис. 11.2. Сигнальне сузір'я для 16-QAM-модуляції

Якщо cosφ| приймає значення 0 або 1 і при цьому sinφ| приймає значення 1 і 0, то така модуляція називається квадратурною фазовою маніпуляцією QPSK| (Quadrature| Phase-Shift| Keying|). Вона дозволяє отримати чотири стани передаваного сигналу в межах бодового| інтервалу. Сигнальне сузір'я QPSK| показане на рис. 11.1.

Модифікацією QPSK| є|з'являється,являється| DQPSK-модуляция| (Differential| QPSK|), при якій, аналогічно DBPSK|, кодується не величина фази, а її зміна відносно попереднього значення. Зміна фази на 0°| кодується як «00», зміна на 90°| — як «01», на 180°| — як «11», на 360°| — як «10».

Перешкодостійкість|перешкодостійкий| методу модуляції можна оцінити|оцінювати| по відстані між точками сигнального сузір'я: ця відстань характеризує амплітуду і фазу перешкоди, яка достатня, щоб|аби| був прийнятий помилковий сигнал. Тому при проектуванні схем модуляції точки сигнального сузір'я вибирають так, щоб відстань від будь-якої точки до її сусідів була однаковою для всіх точок сузір'я. При цьому досягається однакова перешкодостійкість|перешкодостійкий| для будь-яких передаваних чисел.

Безпровідні мережі|сіті| використовують також амплітудно-фазову|амплітудно-фазову| модуляцію 16-QAM| (рис. 11.2) і 64-QAM|, коли змінюється не лише фаза, але і амплітуда коливання. Сигнал може приймати відповідно|відповідно до| 16 і 64 біта інформації на бодовий| інтервал, що збільшує швидкість передачі, але|та| за рахунок зниження перешкодостійкості|перешкодостійкий|.