Opis
Radio signal je predstavljen u obliku dvodimenzionalnog točkastog dijagrama na složenoj ravnini, točke na kojoj su svi mogući simboli, predstavljeni u geometrijskom obliku. Apstraktnije, dijagram prikazuje sve vrijednosti koje se mogu uzorkovati danom shemom manipulacije, kao točke na složenoj ravnini. Konstelacije generirane RF mjerenjima mogu se koristiti za određivanje vrste manipulacije, vrste smetnji i razine izobličenja.
Kada je odaslani simbol predstavljen kao kompleksni broj i kada je sinusni i kosinusni signal noseće frekvencije moduliran realnim i imaginarnim dijelovima, simbol se može odašiljati s dva nositelja s istom frekvencijom. Takvi se nosači često nazivaju kvadratura... Koherentni detektor ( ) može neovisno demodulirati oba nositelja. Princip korištenja dvaju neovisno moduliranih nositelja u središtu je kvadraturne modulacije. Kod jednostavnog faznog pomaka, faza modulirajućeg simbola postaje faza signala nosača.
Kada su simboli predstavljeni kao kompleksni brojevi, mogu se predstaviti kao točke na kompleksnoj ravnini. Često se nazivaju prave i imaginarne osi u fazi ili I-os i kvadratura(kvadratura) ili Q-os. Ucrtavanjem točaka iz više simbola može se dobiti konstelacija. Točke u dijagramu često se nazivaju signalne točke(ili točke sazviježđa). Oni predstavljaju mnoge modulirajući simboli, to je modulirajuća abeceda.
Modulacija kodirana rešetkom
Kada se koristi blokovno ili konvolucijsko kodiranje, otpornost radiokomunikacije na buku povećava se širenjem frekvencijskog pojasa i kompliciranjem radio opreme bez povećanja omjera signal-šum (SNR). Kako bi se održala otpornost na buku pri istom SNR-u, moguće je smanjiti korišteni frekvencijski pojas i pojednostaviti radio opremu korištenjem modulacije kodirane rešetkom (TCM), koju je 1982. godine prvi razvio Ungerbock. U srcu TCM-a je suradnički proces kodiranja i modulacije.
Ako se koristi kombinirani koder / modulator, čija je opća struktura prikazana na slici, tada vam b0 bit omogućuje odabir jedne od dvije konstelacije koje su dobivene tijekom prve podjele. Nadalje, odabir se određuje ovisno o b1 i b2 bitovima.
Primjena
Razmotrite otkrivanje na temelju metode najveće vjerojatnosti. Prilikom primanja radio signala, demodulator ocjenjuje primljeni simbol, koji je izobličen tijekom prijenosa ili prijema (na primjer, zbog aditivnog bijelog Gaussovog šuma, blijeđenja, višestaznog širenja, slabljenja, smetnji i nesavršenosti radio opreme). Demodulator odabire najbolju prilagodbu prenesenom signalu, t.j. najbliža točka sazviježđa u smislu euklidske metrike). Dakle, ako je izobličenje signala dovoljno jako, tada se može odabrati točka drugačija od one koja se prenosi, a demodulator će dati netočan rezultat. Dakle, udaljenost između dvije najbliže točke konstelacije određuje otpornost manipulacije na buku.
U svrhu analize primljenih signala, konstelacija može pojednostaviti detekciju određenih vrsta izobličenja signala. na primjer
- Gaussov šum se pojavljuje kao mutne točke konstelacije
- Nekoherentne jednofrekventne smetnje izgledaju kao krugovi umjesto točke konstelacije
- Fazno izobličenje se vidi kao signalne točke raspoređene po krugu.
- Slabljenje signala dovodi do činjenice da su točke smještene na uglovima bliže središtu nego što bi trebale biti.
Signalna sazviježđa daju sliku sličnu dijagram oka za jednodimenzionalne signale. Očni dijagrami se koriste za određivanje podrhtavanja u jednoj modulacijskoj dimenziji.
vidi također
- Očni dijagram ( Engleski)
Književnost
- Prokis J. Digitalna komunikacija. - Per. s engleskog // Ed. D. D. Klovsky. - M .: Radio i komunikacija, 2000. - 800 str. - ISBN 5-256-01434-X
- Sklyar B. Digitalna komunikacija. Teorijske osnove i praktična primjena. - Per. s engleskog - M .: Izdavačka kuća "Williams", 2003. - 1104 str. -
Radio signal je predstavljen u obliku dvodimenzionalnog točkastog dijagrama na složenoj ravnini, točke na kojoj su svi mogući simboli, predstavljeni u geometrijskom obliku. Apstraktnije, dijagram prikazuje sve vrijednosti koje se mogu uzorkovati danom shemom manipulacije, kao točke na složenoj ravnini. Konstelacije generirane RF mjerenjima mogu se koristiti za određivanje vrste manipulacije, vrste smetnji i razine izobličenja.
Predstavljanjem odaslanog simbola kao kompleksnog broja i moduliranjem kosinusnih i sinusnih signala noseće frekvencije, odnosno realnog i imaginarnog dijela, simbol se može prenijeti s dva nositelja s istom frekvencijom. Takvi se nosači često nazivaju kvadratura... Koherentni detektor ( ) može neovisno demodulirati oba nositelja. Princip korištenja dvaju neovisno moduliranih nositelja u središtu je kvadraturne modulacije. Kod jednostavnog faznog pomaka, faza modulirajućeg simbola postaje faza signala nosača.
Kada su simboli predstavljeni kao kompleksni brojevi, mogu se predstaviti kao točke na kompleksnoj ravnini. Često se nazivaju prave i imaginarne osi u fazi ili I-os i kvadratura(kvadratura) ili Q-os. Ucrtavanjem točaka iz više simbola može se dobiti konstelacija. Točke u dijagramu često se nazivaju signalne točke(ili točke sazviježđa). Oni predstavljaju mnoge modulirajući simboli, to je modulirajuća abeceda.
Modulacija kodirana rešetkom
Kada se koristi blokovno ili konvolucijsko kodiranje, otpornost radiokomunikacije na buku povećava se širenjem frekvencijskog pojasa i kompliciranjem radio opreme bez povećanja omjera signal-šum (SNR). Kako bi se održala otpornost na buku pri istom SNR-u, moguće je smanjiti korištenu širinu pojasa i pojednostaviti radio opremu pomoću modulacije s kodiranom rešetkom (TCM), koju je 1982. godine prvi razvio Ungerbock. U srcu TCM-a je suradnički proces kodiranja i modulacije.
Ako se koristi kombinirani koder / modulator, čija je opća struktura prikazana na slici, tada vam b0 bit omogućuje odabir jedne od dvije konstelacije koje su dobivene tijekom prve podjele. Nadalje, odabir se određuje ovisno o b1 i b2 bitovima.
Primjena
Razmotrite otkrivanje na temelju metode najveće vjerojatnosti. Prilikom primanja radio signala, demodulator ocjenjuje primljeni simbol, koji je izobličen tijekom prijenosa ili prijema (na primjer, zbog aditivnog bijelog Gaussovog šuma, blijeđenja, višestaznog širenja, slabljenja, smetnji i nesavršenosti radijske opreme). Demodulator odabire najbolju prilagodbu prenesenom signalu, t.j. najbliža točka sazviježđa u smislu euklidske metrike). Ako je izobličenje signala dovoljno jako, tada se može odabrati točka drugačija od one koja se prenosi, a demodulator će dati netočan rezultat. Dakle, udaljenost između dvije najbliže točke konstelacije određuje otpornost manipulacije na buku.
U svrhu analize primljenih signala, konstelacija može pojednostaviti detekciju određenih vrsta izobličenja signala. Na primjer,
- Gaussov šum se pojavljuje kao mutne točke konstelacije
- Nekoherentne jednofrekventne smetnje izgledaju kao krugovi umjesto točke konstelacije
- Fazna izobličenja se vide kao signalne točke raspoređene po krugu.
- Slabljenje signala dovodi do činjenice da su točke smještene na uglovima bliže središtu nego što bi trebale biti.
Signalna sazviježđa daju sliku sličnu dijagram oka za jednodimenzionalne signale. Očni dijagrami se koriste za određivanje podrhtavanja u jednoj modulacijskoj dimenziji.
vidi također
- Očni dijagram ( Engleski)
Napišite recenziju na članak "Signal Constellation"
Književnost
- Prokis, J. Digitalna komunikacija = Digital Communications / Klovsky D. D .. - M .: Radio and communication, 2000. - 800 str. - ISBN 5-256-01434-X.
- Sklyar B. Digitalna komunikacija. Teorijski temelji i praktična primjena = Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2. izd. - M .: Williams, 2007 .-- 1104 str. - ISBN 0-13-084788-7.
Linkovi
Izvod koji karakterizira signalno zviježđe
"Stvar je u tome da tvoja mama nije bila ovdje", tiho je prošaptala Stella. - Upoznali smo tvoju majku gdje si ovdje "podbacio". Jako su zabrinuti za vas, jer vas ne mogu pronaći, pa smo ponudili pomoć. Ali, kao što vidite, nismo bili dovoljno oprezni i doveli smo se u istu strašnu situaciju...- Koliko dugo si ovdje? Znate li što će oni s nama? - Pokušavajući govoriti samouvjereno, tiho sam upitala.
- Mi smo nedavno... On uvijek dovodi nove ljude, a ponekad i male životinje, a onda one nestanu, a on dovodi nove.
Pogledao sam Stellu s užasom:
- Ovo je vrlo stvaran, stvaran svijet, i potpuno stvarna opasnost!.. Ovo nije ona nevina ljepota koju smo stvorili!.. Što ćemo učiniti?
- Napustiti. - opet je beba tvrdoglavo ponovila.
- Možemo pokušati, zar ne? Da, i baka nas neće ostaviti ako je stvarno opasno. Očigledno, još uvijek možemo sami izaći, ako ona ne dođe. Ne brini, neće nas ostaviti.
Imao bih njezino povjerenje!.. Iako sam obično bio daleko od sramežljive, ali ova me situacija jako nervozna, jer ne samo mi smo bili ovdje, već i oni zbog kojih smo došli u ovaj užas. A kako se izvući iz ove noćne more - nažalost, nisam znao.
- Ovdje nema vremena, ali obično dolazi u istom intervalu, otprilike kao što je bilo dana na zemlji. - Odjednom je dječak odgovorio na moja razmišljanja.
- Jeste li već bili danas? - očito oduševljena, upitala je Stella.
Dječak je kimnuo.
- Pa, idemo? - pozorno me pogledala i shvatio sam da traži da im "odjenem" svoju "zaštitu".
Stella je prva izbacila svoju crvenu glavu...
- Nitko! - oduševila se. - Vau, kakav je to užas! ..
Ja to, naravno, nisam mogao podnijeti i popeo sam se za njom. Doista je bila prava "noćna mora"!.. U blizini našeg čudnog "mjesta zatočeništva", na potpuno neshvatljiv način, obješena naglavačke u "snopovima", visila su ljudska bića... Obješena su za noge, i stvorena , takoreći, obrnuti buket ...
Prišli smo bliže - nitko od ljudi nije davao znakove života...
- Potpuno su "ispumpani"! - zgrozila se Stella. - Nemaju ni kapi vitalnosti! .. To je to, bježimo !!!
Jurili smo, koliko smo mogli, negdje u stranu, apsolutno ne znajući kuda bježimo, samo dalje od svega ovog užasa koji ledi krv... još gore, užas...
Odjednom se naglo smračilo. Plavo-crni oblaci jurnuli su nebom, kao tjerani jakim vjetrom, iako vjetra još nije bilo. U dubinama crnih oblaka plamtele su munje, vrhovi planina plamtjeli su crvenim sjajem... Ponekad su se nabujali oblaci rasparali o zle vrhove i tamnosmeđa voda slijevala se iz njih poput vodopada. Cijela ova strašna slika podsjetila je, najjezivije od jezivih, noćnih mora...
- Tata, dragi, tako se bojim! - tiho je vrisnuo, zaboravljajući svoju nekadašnju ratobornost, dječak.
Odjednom se jedan od oblaka „pukao“, a iz njega je buknula zasljepljujuće jako svjetlo. I u tom svjetlu, u svjetlucavoj čahuri, približavao se lik vrlo mršavog mladića, lica oštrog poput oštrice noža. Sve je oko njega blistalo i blistalo, od ovog su se lagani crni oblaci "topili", pretvarajući se u prljave, crne otpatke.
- Jebote! - radosno je viknula Stella. - Kako mu to uspijeva?!
- Poznajete li ga? - Bio sam nevjerojatno iznenađen, ali Stella je odmahnula glavom.
Mladić se spustio pored nas na zemlju i upitao uz ljubazan osmijeh:
- Zašto si ovdje? Ovo nije tvoje mjesto.
- Znamo da smo samo pokušavali doći do vrha! - već u punom twitteru radosna Stella. - Hoćeš li nam pomoći da se vratimo gore? .. Svakako moramo brzo kući! I onda nas tamo čekaju bake, a sada čekaju i one, ali drugačije.
Mladić me u međuvremenu iz nekog razloga vrlo pažljivo i ozbiljno pregledao. Imao je čudan, prodoran pogled, zbog čega mi je nekako bilo neugodno.
- Što radiš ovdje, djevojko? - tiho je upitao. - Kako ste uspjeli doći ovamo?
- Samo smo šetali. - odgovorila sam iskreno. “I tako su ih tražili. - Smješkajući se "nahodima", pokazala je rukom na njih.
"Ali ti si živ, zar ne?" - nije se mogao smiriti spasitelj.
- Da, ali bio sam ovdje više puta. - odgovorila sam mirno.
- Ma, samo ne ovdje, nego "iznad"! - smijući se ispravila me djevojka. “Sigurno se ne bismo vratili ovamo, zar ne?
- Da, mislim da će ovo biti dovoljno za dugo vremena... U svakom slučaju - za mene... - već sam se naježio od nedavnih sjećanja.
- Moraš otići odavde. - Opet, nježno, ali upornije rekao je mladić. - Sada.
Od njega se protezala pjenušava "putica" koja je trčala ravno u užareni tunel. Doslovno smo bili uvučeni, a da nismo imali vremena napraviti niti jedan korak, a nakon trenutka našli smo se u istom prozirnom svijetu u kojem smo zatekli našu okruglu Leu i njezinu majku.
- Mama, mama, tata se vratio! I super također!.. - mala Leah se zakotrljala glavom kroz pete prema nama, čvrsto stežući crvenog zmaja na svojim prsima.. Njeno okruglo lice blistalo je suncem, a ona sama, ne mogavši zadržati svoju burnu sreću, pojuri k tati i, visio mu o vratu, zacvilio od oduševljenja.
Bio sam sretan zbog ove obitelji koja se našla, a pomalo i tužna zbog svih mojih mrtvih „gostija“ koji su došli na zemlju po pomoć, koji se više nisu mogli tako radosno grliti, jer nisu pripadali istim svjetovima. ....
- O, tata, tu si! Mislio sam da si otišao! I uzeo si ga i našao! Kako je dobro! - zacvilila je od sreće blistava djevojčica.
Odjednom joj je oblak doletio na sretno lice, i postalo je jako tužno... I sasvim drugim glasom, beba se okrenula prema Steli:
- Drage cure, hvala vam za tatu! I za malog brata, naravno! Hoćeš li sada otići? Hoćeš li se jednom vratiti? Evo tvog zmaja, molim te! Bio je jako dobar, i jako, jako se zaljubio u mene... - činilo se da će upravo sada jadna Leah briznuti u plač, toliko je željela još malo držati ovog divnog čudesnog zmaja! . A on je trebao biti odveden i više ga neće biti...
Podsjetimo iz odjeljka 4.3 da se QAM signal može izraziti kao
gdje su i amplitude kvadraturnih nosača koje sadrže informacije, a je signalni impuls. Vektorski prikaz ovih signala
(5.2.73)
Da bismo odredili vjerojatnost pogreške u QAM-u, moramo odrediti točke signalne konstelacije. Krenimo od signalnog ansambla KAM, koji ima bodove. Riža. 5.2.14 ilustrira dva takva ansambla. Prvi (a) je četverofazni modulirani signal, a drugi (b) je četverofazni QAM signal s dvije razine amplitude, označene s i, i četiri fazne vrijednosti. Budući da je vjerojatnost pogreške određena minimalnom udaljenosti između para signalnih točaka, pretpostavljamo da je za obje signalne konstelacije i izračunavamo prosječnu snagu odašiljanja, na temelju pretpostavke da su sve signalne točke jednako vjerojatne. Za četverofazni signal imamo
(5.2.74)
Za četverofazni KAM s dvije amplitude postavit ćemo točke na kružnice polumjera i. Od, imamo
(5.2.75)
što se poklapa s prosječnom snagom za četverofazno sazviježđe. Stoga je za sve praktične primjene vjerojatnost pogreške dvaju signalnih ansambala ista. Drugim riječima, nema prednosti dvoamplitudnog QAM signala nad četverofaznom modulacijom.
Riža. 5.2.14. Dvije signalne konstelacije s 4 točke
Riža. 5.2.15. Četiri konstelacije QAM signala s 8 točaka
Zatim razmotrite QAM signal na osam razina. U ovom slučaju postoji mnogo mogućih signalnih konstelacija. Razmotrimo četiri signalne konstelacije prikazane na Sl. 5.2.15. Svi su karakterizirani s dvije amplitude i imaju minimalne udaljenosti između signalnih točaka. Koordinate za svaku signalnu točku, normalizirane s, dane su na slici. Uz pretpostavku da su sve signalne točke jednako vjerojatne, dobivamo prosječnu snagu odaslanog signala
gdje su koordinate signalnih točaka, normalizirane na. Dva signalna ansambla (a) i (c) na sl. 5.2.15 sadrže signalne točke koje leže na mreži pravokutnika i imaju Skup signala (b) zahtijeva prosječnu odašiljenu snagu, a ansambl (d) zahtijeva Stoga, četvrti signalni ansambl zahtijeva oko 1 dB manje snage od prva dva, i za 1,6 dB manje snage od trećeg kako bi se postigla ista stopa pogreške. Ova konstelacija je poznata kao najbolja QAM konstelacija s 8 točaka jer zahtijeva najmanju snagu za danu minimalnu udaljenost između signalnih točaka.
Postoji mnogo više mogućnosti za odabir QAM signalnih točaka u dvodimenzionalnom prostoru. Na primjer, možemo odabrati kružna višerazinska zviježđa za, kao što je prikazano na Sl. 4.3.4. U ovom slučaju, signalne točke na danoj amplitudi se rotiraju u fazi u odnosu na signalne točke susjednih razina amplitude. Ova konstelacija od 16 QAM je generalizacija optimalne konstelacije od 8 QAM. Međutim, kružna konstelacija 16 QAM nije najbolja QAM konstelacija od 16 točaka u AWGN kanalu.
Pravokutna QAM konstelacija ima izrazitu prednost u smislu jednostavnosti generiranja, jer se dva AM signala prenose na nosiocima kvadraturne faze. Štoviše, lako se demodulira. Iako to nije najbolja QAM α-pozicijska konstelacija, prosječna snaga odašiljanja potrebna za postizanje zadane minimalne udaljenosti samo je nešto veća od prosječne snage potrebne za najbolju QAM konstelaciju. Na temelju ovih razmatranja, u praksi se najčešće koristi pravokutno-poziciona signalna konstelacija QAM.
Za pravokutne signalne konstelacije gdje je paran broj, QAM signalna konstelacija je ekvivalentna zbroju dva AM signala na kvadraturnim nosiocima, od kojih svaki ima signalne točke. Budući da se signali u kvadraturnim komponentama mogu točno odvojiti u demodulatoru, vjerojatnost pogreške za QAM lako se određuje iz AM vjerojatnosti pogreške. Točnije, vjerojatnost ispravnog rješenja za -pozicijski KAM sustav je
(5.2.77)
gdje je vjerojatnost pogreške za a-pozicijski AM s pola prosječne snage u svakom QAM ekvivalentnom kvadraturnom signalu. Laganom modificiranjem izraza za vjerojatnost pogreške u -pozicijskom AM, dobivamo
(5.2.78)
gdje je prosječni SNR po simbolu. Stoga je vjerojatnost pogreške po simbolu za -pozicijski QAM
(5.2.79)
Naglašavamo da je ovaj rezultat točan za, kada je paran. S druge strane, ako je neparan, ne postoji ekvivalentan -pozicijski sustav AM. Međutim, ovdje nema problema, jer je uvijek lakše odrediti vjerojatnost pogreške za pravokutni ansambl signala. Ako koristimo optimalni detektor koji svoje odluke temelji na korištenju metrike udaljenosti definirane (5.1.49), relativno je lako pokazati da vjerojatnost pogreške po simbolu ima gustu gornju granicu
(5.2.80)
za sve, gdje je prosječni SNR po bitu.
Riža. 5.2.16. Vjerojatnost greške po simbolu za QAM
Za nepravokutne QAM konstelacije, možemo izvesti gornju granicu za vjerojatnost pogreške koristeći kombiniranu granicu. Očigledna gornja granica
gdje je minimalna euklidska udaljenost između signalnih točaka. Ova granica može biti labava kada je velika. U ovom slučaju možemo aproksimirati zamjenom s, gdje je najveći broj najbližih točaka koje su udaljene od bilo koje točke sazviježđa.
Zanimljivo je usporediti karakteristike kvalitete QAM-a i AM-a za dati volumen signala, budući da su obje vrste signala dvodimenzionalne. Podsjetimo da je za -pozicijski FM vjerojatnost pogreške po simbolu aproksimirana na sljedeći način:
(5.2.81)
gdje je SNR po simbolu. Za -pozicijski KAM možemo koristiti izraz (5.2.78). Budući da je vjerojatnost pogreške određena argumentom -function, možemo usporediti argumente za dva formata signala. Omjer dvaju argumenta o kojima se raspravlja je jednak. Na primjer, može se vidjeti da 32 QAM sustav ima pojačanje SNR od 7 dB u odnosu na 32 PM sustav.
Slika 4.5. Fazni prijelazi konstelacije i ovojnice QPSK i O-QPSK.
19. Zašto se CHMMS signal može formirati prema kvadraturnoj shemi ofsetnog FM-4?
ChMMS se može smatrati posebnim slučajem koherentnog ChMNF-a s indeksom ChM t = 0,5. Prema (4.12) i (4.14), može se napisati za b 1= ± 1 i ± Df =± 1 / (4T c):
gdje je fazni prirast vala nosioca (kvadratura ovojnice) na intervalu T c jednaki ± p / 2(kao kod offset O-QPSK) i ovisi o znakovnim znakovima b i ≡ ± 1 modulirajući signal u (t). Stoga se FMMS modulator može implementirati prema kvadraturnoj shemi na slici 4.13, koja osigurava t = 0,5 s manjom greškom nego sklop koji se temelji na VCO. Dijagram implementacije kvadraturnog modulatora (4.16) prikazan je na slici 4.13.
Slika 4.13. Dijagram implementacije QMMS kvadraturnog modulatora.
20. Zašto je QAM signal osjetljiv na linearnost puta komunikacijskog kanala i koji su elementi puta odlučujući za realizaciju te linearnosti?
Širina QAM spektra je približno ista kao i spektar M-arnog FM signala. Međutim, QAM signal može pružiti manju vjerojatnost greške bita, ali ima veliki faktor vrha i povećane zahtjeve za linearnost puta odašiljača i komunikacijskog kanala.
21. Spektar kojeg signala (informacije ili PSP) određuje širinu NLS spektra: a) u sustavu s izravnim širenjem spektra; b) u sustavu s frekvencijskim skokovima; c) u sustavu s vremenskim skokovima?
a) Izravno širenje spektra provodi se množenjem informacijskog signala u inf. (t) po pseudo-slučajnom signalu r (t) generiran iz MSC-a tijekom cijele komunikacijske sesije.
b) Kada se spektar radio signala širi skokovima frekvencije, frekvencija titranja nosioca se diskretno mijenja u vremenu, poprimajući konačan broj različitih vrijednosti. Niz njegovih vrijednosti može se smatrati širinom pojasa, koji se formira u skladu s nekim kodom.
c) Emisija signala ovom metodom se izvodi u kratkim vremenskim intervalima T psrčiji je položaj na vremenskoj osi određen pseudoslučajnim kodom. Vremenska os je podijeljena na okvire s M prozorima. U jednom okviru, pretplatnik prenosi informacije samo u jednom od M prozora, čiji je broj određen kodom koji je dodijeljen pretplatniku. Za prijenos svih informacija u prozoru širina pojasa signala se povećava za M puta, t.j. faktor širenja (baza signala) B = M.
22. Nacrtajte QPSK kompleksnu konstelaciju ovojnice na I i Q ± 1.
Imajte na umu da se promjenom I i Q vrijednosti može dobiti amplitudna i fazna modulacija(sa AM ja i Q mijenjati proporcionalno) .
Ako ja i P uzimaju vrijednosti +1 ili -1, tada je amplituda takvog signala (4.8) konstantna i jednaka √2, a faza φ poprima vrijednosti prikazane u konstelaciji na slici 4.5b (u Grey kod).
Slika 4.5. Fazni prijelazi konstelacije i ovojnice QPSK i O - QPSK.
23. Kako se dobiva kvadratura kompleksne ovojnice u QPSK?
Slika 4.5a prikazuje princip kvadrature
formiranje ove kompleksne amplitude iz niza
ulazni pravokutni modulirajući električni impulsi s trajanjem 2T sa s vrijednostima +1 ili -1.
Na kvadraturna amplitudna modulacija(QAM, QAM - Kvadraturna amplitudna modulacija) mijenjaju se i faza i amplituda signala, što omogućuje povećanje broja kodiranih bitova i, ujedno, značajno povećanje otpornosti na buku. Trenutno se koriste modulacijske metode u kojima broj bitova informacija kodiranih u jednom intervalu prijenosa može doseći 8 ... 9, a broj pozicija signala u signalnom prostoru - 256 ... 512.
Kvadraturni prikaz signala je zgodno i prilično univerzalno sredstvo za njihovo opisivanje. Kvadraturni prikaz sastoji se u izražavanju titranja linearnom kombinacijom dviju ortogonalnih komponenti - sinusoidalne i kosinusne:
S (t) = x (.t) sin (wt + (p) + y (t) cos (wt + (p),
gdje x (t) i y (t) - bipolarne diskretne veličine. Ova diskretna modulacija (keying) se izvodi na dva noseća kanala pomaknuta za 90° jedan u odnosu na drugi, tj. koji su u kvadraturi (odatle naziv prikaza i metoda generiranja signala).
Objasnimo rad kvadraturnog kruga (slika 6.2) na primjeru formiranja četverofaznih FM signala (FM-4).
Izvorni slijed binarnih simbola trajanja T podijeljena na neparne impulse pomoću registra pomaka y, koji se dovode u kvadraturni kanal (coswt), pa čak i - X, ulazak u zajednički kanal (sinwt). Obje sekvence impulsa se unose na ulaze odgovarajućih oblikovača manipulacijskih impulsa, na čijim se izlazima formiraju nizovi bipolarnih impulsa x (t) i y (t). Impulsi za manipulaciju imaju amplitudu C / d / ^ s i trajanje od 2T. Impulsi x (t) i y (t) se napajaju na ulaze kanalskih množitelja, na čijim se izlazima formiraju dvofazne (0, l) FM oscilacije. Nakon zbrajanja, formiraju FM-4 signal. U skladu s načinom generiranja signala FM-4 naziva se i kvadraturni PM signal(QPSK - Kvadratura PSK).
Uz istovremenu promjenu simbola u oba kanala modulatora (od 10 do 01, ili od 00 do 11), dolazi do skoka faze u DPSK signalu za 180 ° (i).
Riža. 6.2.
Riža. 6.3.
Četverofazni pomaknuti FM(OQPSK - Offset QPSK)(Slika 6.3) izbjegava fazne skokove od 180° i stoga duboku modulaciju ovojnice. Oblikovanje signala u kvadraturnom krugu je isto kao i u modulatoru FM-4, osim što manipulacijski elementi informacijskog niza x (t) i y (t) pomaknut u vremenu za trajanje jednog elementa T, kao što je prikazano na sl. 6.3, b, c. Promjena faze s takvim pomakom modulirajućih tokova određena je samo jednim elementom niza, a ne dva, kao kod FM-4. Kao rezultat toga, nema faznih skokova od 180 "s obzirom da svaki element sekvence koji ulazi u I/Q modulator može uzrokovati promjenu faze od 0°, +90° ili -90°.
Izraz dat na početku odjeljka za opisivanje signala karakterizira međusobna neovisnost višerazinskih manipulacijskih impulsa x (t), y (t) u kanalima, tj. jedna razina u jednom kanalu može odgovarati jednoj ili nulti razini u drugom kanalu. Kao rezultat toga, izlazni signal kvadraturnog kruga mijenja se ne samo u fazi nego i po amplitudi. Budući da se AMK izvodi u svakom kanalu, ova vrsta modulacije se zove amplitudna modulacija kvadraturni keying(QASK - Kvadraturna amplituda s pomakom) ili jednostavno kvadraturna amplitudna modulacija - QAM.
Koristeći geometrijsku interpretaciju, svaki QAM signal može se predstaviti vektorom u prostoru signala. Označavajući samo krajeve vektora, za QAM signale dobivamo sliku u obliku signalne točke, čije su koordinate određene vrijednostima x (t) i y (t). Skup signalnih točaka čini tzv. signalnu konstelaciju (signalna konstelacija).
Na sl. 6.4 prikazuje blok dijagram modulatora konstelacije U-signala za slučaj kada je - (0 i y (t) uzeti vrijednosti ± 1, ± 3 (4-razine KAM).
Riža. 6.4.
Vrijednosti ± 1, ± 3 definiraju razine modulacije i relativne su. Konstelacija sadrži 16 signalnih točaka, od kojih svaka odgovara četiri prenesena informacijska bita.
Kombinacija razina ± 1, ± 3, ± 5 može tvoriti konstelaciju od 36 signalnih točaka. Međutim, od njih ITU-T protokoli koriste samo 16 točaka ravnomjerno raspoređenih u prostoru signala.
Postoji nekoliko načina praktične implementacije KAM-a na 4 razine, od kojih je najčešći tzv. metoda modulacije superpozicije(SPM - Supersponirana modulacija). U krugu koji implementira ovu metodu koriste se dva identična 4-fazna modulatora (slika 6.2). Blok dijagram SPM modulatora i dijagrami koji objašnjavaju njegov rad prikazani su na Sl. 6.5.
Iz teorije komunikacije poznato je da je s jednakim brojem točaka u signalnoj konstelaciji spektar QAM signala identičan spektru PM signala. Međutim, otpornost na buku FM i QAM sustava je različita. S velikim brojem točaka signali QAM sustava imaju bolje karakteristike od PM sustava. Glavni razlog za to je taj što je udaljenost između signalnih točaka u PM sustavu manja od udaljenosti između signalnih točaka u QAM sustavu.
Na sl. 6.6 prikazuje signalne konstelacije sustava KAM-16 i FM-16 s istom snagom signala. Udaljenost d između susjednih točaka signalne konstelacije u QAM sustavu sa L razine modulacije određene su izrazom:
c? = v2 / (JL-l). Slično za FM
d = 2 sin (n / M), gdje M - broj faza.
Slika 6 5
I h od gornjih izraza slijedi da s povećanjem vrijednosti M a ista razina snage QAM sustava je poželjnija od FM sustava Na primjer, za M = 16 (J = 4)
Slika 6 6
