Квадратурное представление сигнала
Рассмотрим тригонометрическое тождество
Полученная формула позволяет свести процесс фазовой модуляции к комбинации амплитудной модуляции двух последовательностей сигналов с нулевым фазовым сдвигом.
Представление синусоидального колебания как линейной комбинации синусоидального и косинусоидального колебаний с нулевой начальной фазой называется квадратурным представлением.
Функции
и
для
каждого такта передачи сигнала являются
постоянными, т.е. играют роль коэффициентов,
принимающих значения в соответствии с
уровнем сигнала. Функции
и
играют
роль несущих частот, сдвинутых на 90
градусов (находятся в "квадратуре").
При сложении двух амплитудно-модулированных
функций получается одна функция с
фазовой модуляцией. Косинусоидальные
сигналы обычно называют синфазными
сигналами или "I-сигналами",
синусоидальные — сдвинутыми сигналами
или "Q-сигналами".
Структурная схема ФМ-модулятора, построенного по этому принципу, показана на рис. 9.7.
Квадратурно-амплитудная модуляция
Квадратурно-амплитудная модуляция (КАМ) представляет собой дальнейшее развитие фазовой модуляции. В предыдущем разделе было установлено, что фазовая модуляция может быть представлена как сумма двух амплитудно-модулированных сигналов (I-канал и Q-канал), которые при сложении в канале дают фазово-модулированный сигнал.
Рис. 9.7. Принцип работы ФМ модулятора/демодулятора, основан¬ного на квадратурном представлении
На рис. 9.7 показано, как одним цифровым сигналом порождаются два амплитудно-модулированных сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Этот способ, названный способом квадратурного представления, получил дальнейшее развитие, когда каждый из каналов независимо друг от друга получает многоуровневый импульсный сигнал. Таким образом, применяются две координаты — фаза и амплитуда; на фазовой плоскости это отображается точками, расположенными на фазовой плоскости в соответствии с фазой и амплитудой модуляции сигналов. Фазовое пространство сигналов системы 16-КАМ показано на рис. 9.8. При этом амплитуды сигналов в каждом из каналов могут принимать 4 значения (4 уровня), а их комбинация с 4-мя возможными значениями фазы дает 16 значений. Таким образом, можно кодировать 16-уровневый сигнал, что увеличивает информационную емкость сигнала в 4 раза (1 бод в этом случае равен 4 битам). В настоящее время уже существуют 64-КАМ (в этом случае 1 бод равен 6 битам и, следовательно, скорость возрастает в 6 раз), в перспективе внедрение 128-КАМ. Это позволяет во много раз увеличить пропускную способность каналов, что особенно важно на абонентском участке. Принципы построения модулятора и демодулятора системы КАМ изображены нарис. 9.8 и рис. 9.9. Они показывают, как модулируются квадратурные сигналы, а их сумма, которая, по сути, представляет фазово-модулированный сигнал, поступает в линию.
Рис. 9.8. Точечное пространство сигналов 16-КАМ
Рис. 9.9. Принципы построения модулятора/демодулятора КАМ
Амплитуднофазовая модуляция с подавлением несущей
Этот тип модуляции представляет особую форму КАМ. При этом обе составляющие фазовой модуляции (I-канал и Q-канал) формируются непосредственно из цифрового сигнала с помощью фильтров, построенных с помощью последовательных сигнальных процессоров (DSP — Digital Signal Processors). Здесь не используется генератор несущей частоты, и ее значение не передается на исходящий конец (эта частота "вырезается" фильтром). На приемном конце она восстанавливается.