Schimbarea de fază

Combinație de tehnici de tasare cu schimbare de fază pe mai multe niveluri

În ciuda ratei mai mari de transmitere a informațiilor atinsă datorită capacității crescute de informații a simbolului, transmisia multistrat în formă pură nu se aplica. S-a remarcat deja mai sus că interferența și zgomotul în canal, precum și restricțiile privind nivelul semnalului în amplificatoare, afectează, în primul rând, amplitudinea. Din acest motiv, metoda avută în vedere nu a fost aplicată. Mai mult, în combinație cu alte metode (în special, cu tastare cu schimbare de frecvență) oferă un efect ridicat și o bună imunitate la zgomot. Cea mai răspândită este combinația de transmisie multistrat cu modularea de fază. (Modularea este procesul de modificare a parametrilor frecvenței purtătoare (amplitudine, frecvență, fază); manipularea este procesul de influențare a parametrilor frecvenței purtătoare cu un semnal digital.) Acest lucru a făcut posibilă extinderea dramatică a lățimii de bandă în sectiunea abonati. Una dintre astfel de metode este luată în considerare mai jos - tasarea cu schimbare de fază.

Phase Shift Keying convertește informațiile prin afectarea fazei unui semnal de frecvență. De exemplu, în cel mai simplu caz de transmitere a biților individuali (Fig. 29), atunci când treceți de la 0 la 1, faza se schimbă cu 180 °. În situația prezentată în fig. 29, a, unei perioade pozitive la începutul ciclului îi corespunde unu, iar unei perioade negative la zero.

Orez. 29. Exemple tastare cu schimbare de fază pentru cazuri: a) 2-FM b) 4-FM

Cu metoda de introducere a deplasării de fază 4-PM (Fig. 29, 6), schimbarea de fază este de 45 °, în timp ce este codificată după cum urmează:

pentru 11 - deplasare + 45 ° (π / 4);

pentru 10 - deplasare + 135 ° (З π / 4);

la 00 - deplasare + 225 ° (-З π / 4);

la 01 - deplasare 315 ° (-π / 4).

Faza se determină prin măsurarea valorii semnalului cosinus la începutul perioadei.

În stânga, cifrele arată diagrame circulare semnal sinusoidal (în Fig. 29, b semnalul arată valorile cosinusului și, prin urmare, este deplasat cu 90 °). Modificarea valorii semnalului sinusoidal este comparată cu valoarea afișată pe cerc. În acest caz, pe măsură ce timpul se schimbă, vectorul imaginar (raza plasată în centrul cercului) se rotește în sens invers acelor de ceasornic. Punctul de pe cerc arată valoarea semnalului sinusoidal în acest moment timp. Cel mai de jos punct al cercului corespunde minimului valoare negativă amplitudine și este comparată cu o unitate discretă, iar punctul cel mai înalt corespunde valorii maxime și este identificat cu un zero discret. Pentru o diagramă care arată o schimbare de fază de patru ori, sunt subliniate 4 puncte.

Spre deosebire de modulația de amplitudine, modularea de fază este mai puțin afectată de nivelul de transmisie (amplitudine) și frecvență. Este cel mai adaptat la transmiterea semnalelor pe mai multe niveluri, care, după cum urmează din secțiunea anterioară, permit creșterea ratei de transfer de informații fără a crește rata de linie în canal. În același timp, este puternic influențată de parametrii inductivi și capacitivi ai cablului. De exemplu, bobinele Pupin deja menționate, îmbunătățind parametrii unui semnal convențional, introduc inductanță artificială, care, la rândul ei, afectează semnalele comprimate prin defazarea deplasării.

Forma semnalului modulat în timpul tasării cu schimbare de fază este determinată de formula:

unde = 2π / p este valoarea cu care diferă fazele semnalelor învecinate; tn - semnal simetric de n nivel sub formă de impulsuri curent continuu fără a reveni la zero, iar valorile nivelului sunt ± 1, ± 3 etc.

Ultima expresie este ușor redusă la forma:

Formula vă permite să reduceți procesul de modificare de fază la o combinație de modulare în amplitudine a două secvențe de semnal.

Reprezentarea unei oscilații sinusoidale ca o combinație liniară de oscilații sinusoidale și cosinus cu o fază inițială zero este denumită în mod obișnuit reprezentare în cuadratura.

Funcțiile sofietf pentru fiecare ciclu de transmisie a semnalului sunt constante, ᴛ.ᴇ. joacă rolul de coeficienți care iau valori în conformitate cu nivelul semnalului. Funcționează și joacă rolul de frecvențe purtătoare deplasate cu 90 °. Când două semnale modulate în amplitudine sunt adăugate împreună, se obține o funcție modulată în fază. Semnalele cosinus sunt denumite în mod obișnuit „în fază” sau „semnale B”, în timp ce semnalele sinusoidale sunt „în pătrare” sau „semnale K”.

Schema bloc a unui modulator de fază (PM) construit conform acestui principiu este prezentată în Fig. treizeci.

Orez. 30 Circuit modulator de fază generalizat: MB (t) - semnal B; Mk (t) - semnal K

Manipularea fazelor - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Phase Shift Keying” 2017, 2018.

Modularea digitală de fază este o tehnică versatilă și utilizată pe scară largă transmisie fără fir date digitale.

În articolul anterior, am văzut că putem folosi modificări discrete ale amplitudinii sau frecvenței purtătorului ca modalitate de a reprezenta unii și zerourile. Deloc surprinzător, putem reprezenta și date digitale folosind faza; această tehnică se numește deplasare de fază (PSK).

Schimbarea de fază binară

Cel mai simplu tip de PSK este numit BPSK (binary phase shift keying), unde „binar” se referă la utilizarea a două decalaje de fază (unul pentru unul logic și unul pentru un zero logic).

Putem recunoaște intuitiv că sistemul va fi mai fiabil dacă separarea dintre cele două faze este mare - desigur, va fi dificil pentru receptor să distingă un simbol de decalaj de fază de 90 ° de un simbol de decalaj de fază de 91 °. Avem o gamă de fază de 360 ​​° cu care să lucrăm, deci diferenta maximaîntre fazele unuia logic și a unui zero logic este de 180 °. Dar știm că comutarea unei undă sinusoidală la 180 ° este același lucru cu inversarea acesteia; astfel, ne putem gândi la BPSK ca pur și simplu inversând semnalul purtător ca răspuns la o stare logică și lăsând-o la starea originară ca răspuns la o altă stare logică.

A face urmatorul pas, reamintim că înmulțirea unei sinusoide cu una negativă este același lucru cu inversarea acesteia. Acest lucru face posibilă implementarea BPSK utilizând următoarea configurație hardware de bază:

Schema de bază pentru obținerea unui semnal BPSK

Cu toate acestea, această schemă poate duce cu ușurință la tranziții cu pantă mare în forma de undă purtătoare: dacă are loc o tranziție între stările logice când forma de undă purtătoare este în valoare maximă, tensiunea semnalului purtător ar trebui să meargă rapid la valoarea minimă.

Pantă mare în forma de undă BPSK atunci când starea logică a formei de undă modulantă se modifică

Aceste evenimente cu pantă mare sunt nedorite deoarece creează energie în componentele de înaltă frecvență care pot interfera cu alte semnale RF. În plus, amplificatoarele au o capacitate limitată de a produce modificări bruște ale tensiunii de ieșire.

Dacă rafinăm implementarea de mai sus cu două funcții suplimentare, atunci putem oferi tranziții netedeîntre personaje. În primul rând, trebuie să ne asigurăm că perioada biților digitali este egală cu una sau mai multe perioade complete ale semnalului purtător. În al doilea rând, trebuie să sincronizăm tranzițiile digitale la semnalul purtător. Cu aceste îmbunătățiri, am putea proiecta sistemul astfel încât să aibă loc o schimbare de fază de 180 ° atunci când semnalul purtător este la (sau aproape de) trecerea cu zero.

QPSK

BPSK transmite un bit per caracter, ceea ce suntem obișnuiți. Tot ceea ce am discutat în legătură cu modulația digitală a presupus că semnalul purtător se modifică în funcție de dacă tensiune digitală la joasă sau înaltă nivel logic, iar receptorul recreează datele digitale, interpretând fiecare caracter ca 0 sau 1.

Înainte de a discuta introducerea tastei cu deplasare de fază în cuadratură (QPSK), trebuie să introducem următorul concept important: nu există niciun motiv pentru care un simbol poate transmite doar un bit. Este adevărat că lumea electronicii digitale este construită în jurul circuitelor în care tensiunea este la o extremă sau la cealaltă, astfel încât tensiunea este întotdeauna un bit digital. Dar semnalul radio nu este digital; mai degrabă folosim semnale analogice pentru transmiterea datelor digitale și este perfect acceptabil să se proiecteze un sistem în care semnalele analogice sunt codificate și interpretate în așa fel încât un caracter să reprezinte doi (sau mai mulți) biți.

Avantajul QPSK este mai mult viteza mare Transfer de date: Dacă păstrăm aceeași durată de caractere, putem dubla rata de transfer de date de la emițător la receptor. Dezavantajul este complexitatea sistemului. (Puteți crede că QPSK este mai susceptibil la erori de biți decât BPSK, deoarece separarea dintre valori posibile are mai putin. Aceasta este o presupunere rezonabilă, dar dacă vă uitați la matematica lor, se dovedește că ratele de eroare sunt de fapt foarte asemănătoare.)

Variante

Modulația QPSK este, desigur metoda eficienta modulare. Dar poate fi îmbunătățit.

Salturi de fază

Modulația QPSK standard asigură că tranzițiile dintre simboluri au o pantă mare; deoarece salturile de fază pot fi de ± 90 °, nu putem folosi abordarea descrisă pentru salturile de fază de 180 ° produse de modulația BPSK.

Această problemă poate fi atenuată prin utilizarea uneia dintre cele două opțiuni QPSK. Offset QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), care implică adăugarea unei întârzieri la unul dintre cele două fluxuri de date digitale utilizate în procesul de modulare, reduce saltul maxim de fază la 90 °. O altă opțiune este π / 4-QPSK, care reduce saltul maxim de fază la 135 °. Astfel, OQPSK are avantajul de a reduce discontinuitățile de fază, dar π / 4-QPSK câștigă deoarece este compatibil cu codificarea diferențială (discută mai jos).

O altă modalitate de a face față decalajelor dintre personaje este implementarea prelucrare suplimentară semnale, care creează tranziții mai fine între caractere. Această abordare este încorporată într-o schemă de modulație numită modulație de frecvență minim shift keying (MSK), precum și o îmbunătățire MSK cunoscută sub numele de Gaussian MSK (GMSK).

Codare diferențială

O altă provocare este că demodularea PSK este mai dificilă decât Semnale FSK... Frecvența este „absolută” în sensul că modificările de frecvență pot fi întotdeauna interpretate prin analizarea modificărilor semnalului în timp. Faza, totuși, este relativă în sensul că nu are un punct de referință universal - emițătorul generează schimbări de fază relativ la un moment în timp, iar receptorul poate interpreta schimbările de fază în raport cu un alt moment în timp.

O manifestare practică a acestui lucru este că, dacă există diferențe între fazele (sau frecvențele) oscilatoarelor utilizate pentru modulare și demodulare, PSK devine nesigur. Și trebuie să presupunem că vor exista diferențe de fază (cu excepția cazului în care receptorul include circuite de recuperare a purtătorului).

QPSK diferențial (DQPSK, QPSK diferențial) este o opțiune compatibilă cu receptoare necoerente (adică receptoare care nu sincronizează generatorul de demodulație cu generatorul de modulație). QPSK diferențial codifică datele prin crearea unui decalaj de fază specific față de simbolul anterior, astfel încât schema de demodulare să analizeze faza simbolului folosind un punct de referință care este comun atât receptorului, cât și emițătorului.

rezumat

• Binary Phase Shift Keying (BPSK) este o tehnică simplă de modulare care poate transmite un bit per simbol.
• Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) este mai complexă, dar dublează rata de date (sau atinge aceeași rată de date cu jumătate din lățimea de bandă).
• Compensarea cu deplasare de fază în cuadratura offset (OQPSK), π / 4-QPSK, codificarea cu deplasare minimă de fază (MSK) sunt scheme de modulație care atenuează efectele schimbărilor de tensiune purtătoare cu panta mare în timpul tranzițiilor simbolului.
• QPSK diferențial (DQPSK) utilizează diferența de fază dintre simbolurile adiacente pentru a evita problemele asociate cu lipsa sincronizării de fază între emițător și receptor.

Am spus că aceste semnale sunt primite ca caz special modulația de frecvență cu un semnal modulator digital sub forma unei secvențe de impulsuri corespunzătoare zerourilor și celor ale unui flux binar. Deoarece impulsurile semnalului de modulare își schimbă semnul atunci când bitul de informație este schimbat, am primit tasarea de schimbare a frecvenței.
Prin analogie, putem considera semnalele PSK cheie de schimbare de fază dacă aplicăm un semnal digital ca semnal modulator la modulatorul de fază. În acest articol va fi despre tasta binară de schimbare de fază (BPSK). Acest fel modulația a găsit o aplicație foarte largă datorită imunității ridicate la zgomot și simplității modulatorului și demodulatorului. În literatura internă, modulația BPSK este denumită FMn-2.

Semnale binare de introducere a deplasării de fază

Luați în considerare un semnal sub forma unei secvențe de impulsuri informatii digitale așa cum se arată în figura 1.

Figura 1: Semnal digital unipolar și bipolar

Graficul superior prezintă un semnal digital unipolar, în care corespunde zeroul logic informațional, iar graficul inferior prezintă un semnal digital bipolar, în care corespunde zeroul logic informațional.
Să aplicăm un semnal digital ca semnal modulator unui modulator de fază, așa cum se arată în Fig. 2, cu o abatere de fază egală cu rad.

Figura 2: Modelarea semnalului BPSK bazată pe modulatorul de fază

Deoarece ia doar valori egale cu 0 și 1, componentele în fază și în cuadratura ale anvelopei complexe a semnalului BPSK sunt:
iar schema bloc a modulatorului poate fi simplificată, așa cum se arată în Figura 3.

Figura 3: simplificat schema structurala Modulator BPSK

Cititorul atent va observa că această schemă este exact aceeași cu schema AM discutată anterior cu suprimare a purtătorului (DSB), cu un semnal modulator. Graficele explicative ale modelului BPSK sunt prezentate în Figura 4.

Figura 4: Grafice explicative ale modulatorului BPSK

Informația este transmisă la o rată de biți/s, durata unui impuls de informație digitală este egală cu. Semnalul de modulare original este înmulțit cu forma de undă purtătoare (în figură) și obținem un semnal cu deplasare de fază cu un salt de fază cu rad. Am observat același salt de fază în timpul formării semnalului DSB. Astfel, modulația BPSK este un tip degenerat de schimbare de fază, care coincide cu echilibrat. modulație de amplitudine cu semnal modulator digital bipolar.

Spectrul și diagrama vectorială a semnalului BPSK

Deoarece semnalul BPSK poate fi considerat un semnal DSB, spectrul său este spectrul unui semnal digital bipolar în bandă de bază transferat la frecvența purtătoare. Figura 5 prezintă spectrul unui semnal BPSK la o viteză de transmisie și frecvența purtătoare ... Figura 5 arată clar că spectrul de semnal BPSK are un lob principal și lobi laterali în scădere lent. Figura 6 prezintă relațiile de bază dintre spectrul BPSK și parametrii semnalului original în bandă de bază.

Deci, lobul principal al spectrului BPSK are o lățime egală cu dublul ratei de transfer de informații, este simetric față de frecvența purtătoare. Nivelul maximului (primul) lob lateral al spectrului este de -13 dB. De asemenea, puteți spune că lățimea lobilor laterali este egală.
Să considerăm o diagramă vectorială a unui semnal BPSK. Conform expresiei (1), componenta în fază a anvelopei complexe a semnalului BPSK este egală cu, iar componenta în cuadratura este. Când aceasta capătă valori, atunci diagrama vectorială a semnalului BPSK este prezentată în Figura 7.

Figura 7: Diagrama vectorială a semnalului BPSK

Vectorul plic complex poate lua una dintre cele două valori (la transmiterea unui zero de informație) și la transmiterea unei unități de informații.

Schimbarea de fază binară relativă (diferențială) (DBPSK)

Când se transmit informații folosind BPSK, sunt necesare sisteme de urmărire pentru a demodula semnalul. În acest caz, sunt adesea utilizate dispozitive de recepție incoerente, care nu sunt potrivite de fază cu oscilatorul principal din partea de transmisie și, în consecință, nu pot urmări. viraj aleatoriu faze ca urmare a propagării, depășind intervalul. De exemplu, luați în considerare Figura 8.

Figura 8: Explicații pentru recepția BPSK incoerentă

Diagrama fazorială BPSK originală (în cazul semnalelor PSK, diagrama fazorilor este adesea denumită o constelație) este prezentată în figurile 8a și 8d. Roșul denotă valoarea corespunzătoare informației zero, iar cea albastră. Ca rezultat al propagării, semnalul va dobândi o aleatorie faza initiala iar constelația se va roti la un anumit unghi. Figura 8b prezintă cazul în care rotația constelației se află în intervalul de la rad. În acest caz, cu recepție incoerentă, întreaga constelație va fi rotită așa cum arată săgețile din Figura 8b. Apoi, după întoarcere, constelația va lua poziția inițială iar informatiile vor fi demodulate corect. Figura 8e arată cazul când rotația constelației se află în intervalul de la rad. În acest caz, la recepție, constelația va fi rotită și pentru o poziție orizontală, dar după cum urmează din Figura 8f, zerourile și unurile de informații vor fi confundate.
Pentru a elimina confuzia simbolurilor informaționale, se folosește codificarea relativă, sau așa cum este numită și BPSK diferenţial (DBPSK). Esența manipulării relative este că nu fragmentul de informație în sine este codificat, ci schimbarea sa. Structura unui sistem de transmisie de date folosind DBPSK este prezentată în Figura 9.

Figura 9: Structura unui sistem de transmisie de date folosind DBPSK

Fluxul de biți original suferă codificare diferențială, după care este modulat cu BPSK și partea de primire demodulat de un demodulator BPSK incoerent. Fluxul demodulat trece prin decodorul diferenţial şi primeşte fluxul recepţionat.
Luați în considerare codificatorul diferenţial prezentat în Figura 10.

Figura 10: Encoder diferențial

Însumarea se realizează modulo doi, ceea ce corespunde unui XOR logic (OR exclusiv). Desemnarea înseamnă o întârziere de un bit de informație. Un exemplu de codificare diferențială este prezentat în Figura 11.

Figura 11: Exemplu de codificare diferențială de flux de biți

Fluxul de biți original este 011100101, la ieșirea codificatorului diferenţial avem 010111001. Primul bit (în exemplul dat primul 0 nu este codificat), apoi primul este adăugat modulo doi din bitul anterior la ieșirea codificatorul și bitul curent la intrare. Pentru decodarea diferenţială, este necesar să se efectueze procedeul opus conform schemei prezentate în Fig. 12 (structura unui decodor diferenţial este prezentată în Fig. 9).

Figura 12: Exemplu de decodare a fluxului de biți diferențial

După cum puteți vedea din fluxul de biți codificat 010111001, am primit originalul 011100101. Acum să luăm în considerare un decodor diferențial dacă inversăm toți biții fluxului codificat pe partea de recepție, adică. în loc de 010111001 vom lua 101000110. Acest lucru este arătat clar în Figura 13.

Figura 13: Exemplu de decodare diferenţială cu inversarea fluxului recepţionat

Din figura 13 rezultă clar că, atunci când toți biții de informație sunt amestecați la ieșirea decodorului diferenţial, informația nu este distorsionată (cu excepția primului bit afișat în roșu), iar acesta este avantajul incontestabil al DBPSK, care face posibilă simplificarea semnificativă a dispozitivelor de transmitere și recepție. Dar trebuie spus și despre dezavantajele codificării diferențiale. Principalul dezavantaj al DBPSK în comparație cu BPSK este imunitatea mai scăzută la zgomot, deoarece erorile de recepție sunt multiplicate în timpul etapei de decodificare.
Să ne uităm la un exemplu. Să presupunem că fluxul inițial este 011100101, fluxul codificat este 010111001. Să presupunem că al patrulea bit al fluxului codificat a fost primit cu o eroare la recepție, apoi la intrarea decodorului va fi 010101001. Și ca rezultat al decodării, doi biți întregi vor fi decodați cu o eroare (vezi Figura 14).

Figura 14: Înmulțirea erorilor de recepție cu decodarea DBPSK

Astfel, ne-am uitat la semnalele binare de schimbare de fază (BPSK) și am arătat că BPSK este un caz special de PSK cu un semnal de intrare sub forma unui flux de impulsuri bipolare, care este degenerat și se reduce la un semnal DSB. Am examinat spectrul BPSK și acesta caracteristici spectrale: lățimea lobului principal, nivelul lobului lateral. De asemenea, a fost introdus conceptul de codificare binară cu deplasare de fază relativă sau diferențială (DBPSK), care elimină inversarea simbolurilor în timpul recepției incoerente în etapa de decodare, dar înrăutățește imunitatea la zgomot a DBPSK în comparație cu BPSK datorită înmulțirii erorilor la nivelul etapa de decodare.

Modulare- procesul de modificare a unuia sau mai multor parametri ai unei oscilații purtătoare de înaltă frecvență conform legii joasă frecvență semnal informativ(mesaje).
Informația transmisă este încorporată în semnalul de control, iar rolul purtătorului de informații este îndeplinit de o vibrație de înaltă frecvență, numită purtător. Prin urmare, modulația este procesul de „aterizare” a formei de undă a informațiilor pe un purtător cunoscut.
Ca rezultat modulare spectrul semnalului de control de joasă frecvență este transferat în regiune frecvente inalte... Acest lucru permite, atunci când se organizează difuzarea, să se configureze funcționarea tuturor dispozitivelor de recepție-transmiță pe frecvente diferite ca să nu se „intervină” între ele.
Vibrațiile de diferite forme (dreptunghiulare, triunghiulare etc.) pot fi folosite ca suport, dar cel mai adesea sunt folosite vibratii armonice... În funcție de care dintre parametrii oscilației purtătorului se modifică, se distinge tipul de modulație (amplitudine, frecvență, fază etc.). Modulare semnal discret numită modulație digitală sau keying.
Există următoarele tipuri de manipulări:
Schimbare de frecvență
Schimbarea de fază
Schimbarea amplitudinii
Schimbarea amplitudinii în cuadratura
Frecvency-shift keying (FSK) este folosită pentru a transmite semnale telegrafice pe un canal radio, care sunt o secvență de mesaje dreptunghiulare elementare curente (pozitive) și fără curent (negative). Spre deosebire de semnalele radio tastare cu schimbare de amplitudine când emițătorul emite vibratii electromagnetice numai cu transmisii de curent la RT, radiația semnalului radio are loc continuu atât cu transmisii de curent, cât și fără transmisii de curent. Prin urmare, această metodă de manipulare este uneori numită lucru cu o pauză activă.

Fig. 1 Modulație digitală(manipulare)
La trecerea de la un mesaj curent la unul fără curent și invers, amplitudinile oscilației de înaltă frecvență rămân constante și doar frecvența acestuia se modifică cu o anumită valoare constantă fc, care se numește schimbare de frecvență.
În prezent, cele mai utilizate sisteme de telegrafie în frecvență cu deplasări de frecvență de 125 (ChT-125), 250 (ChT-250) 500 (ChT-500), 1000 (ChT-1000), 1500 (ChT-1500) Hz. În acest caz, abaterea frecvenței fm a excitatorului față de frecvența nominală (medie) de oscilație a emițătorului este, respectiv, + 62,5 Hz; + 125 Hz; + 500 Hz; +750 Hz.
Frecvența medie fo se numește purtătoare (nominal, frecvența. Trebuie remarcat că termenul de „frecvență purtătoare” în telegrafia de frecvență este introdus mai degrabă condiționat, deoarece în timpul transmisiei FH nu funcționează niciodată la frecvența fo. Oportunitatea introducerii acestei termenul se datorează numai faptului că frecvența purtătoare este numeric egală cu frecvența medie a spectrului de frecvență la ieșirea emițătorului și, prin urmare, este valoarea nominală. frecventa de operare transmiţător.
Spectrul semnalelor FT depinde nu numai de viteza de telegrafie (de frecvența fundamentală a telegrafiei), ci și de mărimea deplasării de frecvență și de metoda de generare a semnalelor FT. Există două moduri principale de formare a semnalelor QT: cu un decalaj de fază a oscilațiilor de înaltă frecvență și fără a-l întrerupe.
În primul caz, semnalul FT este format prin conectarea alternativă a două surse independente de oscilații de înaltă frecvență la calea amplificatorului emițătorului. Una dintre surse generează oscilații de o anumită frecvență și este conectată atunci când nu există parcele curente (negative) ale semnalului primar. Al doilea generează oscilații cu o frecvență care diferă de prima frecvență (deplasată în raport cu frecvența) cu valoarea fc. Această sursă este conectată cu transmisii curente (pozitive) ale semnalului primar.
Deoarece ambele surse de oscilații de înaltă frecvență sunt independente, în timpul comutării faza oscilațiilor capătă o valoare arbitrară, adică. are loc ruperea de fază.
În a doua metodă de generare a semnalelor se utilizează o sursă de oscilații de înaltă frecvență, care, cu transmisii fără curent (negative) ale semnalului primar, generează oscilații cu o frecvență fа, iar cu cele curente (pozitive), oscilații cu o frecvență fв. Deoarece se folosește o singură sursă, modificarea frecvenței de oscilație are loc continuu, fără a întrerupe faza oscilației de înaltă frecvență. Un semnal FT de acest tip poate fi considerat ca un caz special de modulare a frecvenței unei oscilații de înaltă frecvență printr-un semnal discret
Folosind metodele de telegrafie în frecvență, este posibilă transmiterea a două mesaje telegrafice diferite pe canalul radio. Această metodă de transmisie se numește telegrafie cu frecvență dublă (DFT) și corespunde clasei de emisie F.
Amplitude Shift Keying este o modificare a semnalului în care amplitudinea oscilației purtătorului se modifică brusc. AMn poate fi considerat un caz special de manipulare în cuadratura
Semnalele telegrafice - codul Morse - sunt transmise cel mai adesea folosind tastarea de amplitudine. În transmițător, această metodă este implementată cel mai simplu în comparație cu alte tipuri de manipulare. Un receptor pentru primirea semnalelor telegrafice cu ureche, dimpotrivă, devine ceva mai complicat: trebuie să aibă un oscilator local care funcționează la o frecvență apropiată de frecvența semnalului recepționat, astfel încât diferența să poată fi distinsă la ieșirea receptorului. . frecvența sunetului... Receptoarele potrivite sunt conversia directă, regenerativă în modul de generare și superheterodină cu un oscilator local „telegraf” suplimentar.
Amplitudinea semnalului de înaltă frecvență la ieșirea emițătorului radio ia doar două valori: pornit și oprit. În consecință, pornirea sau oprirea ("keying") este efectuată de un operator folosind o cheie telegrafică sau folosind un generator automat de mesaje telegrafice (senzor cod Morse, computer). Anvelopa unui impuls radio (mesaj elementar - puncte și liniuțe) în practică, desigur, nu este dreptunghiulară (așa cum se arată schematic în figură), ci are margini netede de față și de sfârșit. În caz contrar, spectrul de frecvență al semnalului poate deveni inacceptabil de larg și se simt clicuri neplăcute atunci când semnalul este recepționat cu ureche.

Manipulat în fază semnalul arata asa:

Unde g(t) definește anvelopa semnalului; este un semnal modulator. poate lua M valori discrete.

Dacă M= 2, atunci se apelează tasarea cu schimbare de fază tastare binară cu schimbare de fază(1 bit la 1 schimbare de fază), dacă M = 4 - tastare cu schimbare de fază în cuadratură(2 biți pentru o schimbare de fază), M= 8 (3 biți pentru o schimbare de fază), etc.

Deci numărul de biți n transmisă printr-un salt de fază este puterea la care se ridică două pentru a determina numărul de faze necesare transmiterii n- număr binar ordinal.

Semnal de introducere a deplasării de fază s i(t) poate fi privit ca combinație liniară două semnale ortonormale y 1 și y 2.

Schimbarea de fază

Schimbarea de fază (telegrafie de fază) utilizează o oscilație de o frecvență, dar limitele mesajelor telegrafice sunt marcate prin schimbarea fazei cu 180º (Figura 3.8, a).

Figura 3.8 Diagrame de tensiune (a) și o diagramă a generatorului de semnal PSK (b).

Cel mai ușor este să obțineți oscilații cu comutare de fază folosind un număr adecvat de circuite de defazare și un comutator de control. În fig. 3.8, b) prezintă o diagramă a celui mai simplu manipulator de fază. Rolul schimbatorului de fază aici este circuit oscilator push-pull GVG, iar comutatorul folosește diode V1 și V2, care funcționează în modul cheie. Pachetul corespunzător împingerii are polaritate pozitivă și depășește tensiunea de blocare ECM a diodei V1. Oscilațiile de la brațul superior al GWV trec la ieșire. În momentul pauzei, sosește un mesaj de polaritate opusă, deschizând dioda V2, iar la ieșirea manipulatorului sunt recepționate oscilații de la brațul inferior, a cărui fază este deplasată cu 180º.

Probleme generale formarea semnalelor radio în emițătoare comunicare digitală

Cea mai importantă caracteristică semnal digital este viteza de transmisie B, definită în biți pe secundă (bit/s) de numărul de mesaje (zero sau unu) pe secundă.

La viteze mici transmisie: telemetrie, comenzi de cod și alte comenzi la o rată de B<2…3 тыс. бит/с цифровой сигнал (ЦС) может быть передан по телефонному радиоканалу путём манипуляции цифровым сигналом набора тональных несущих. При этом на входе передатчика ВЧ или ОВЧ радиосвязи устанавливается специальная приставка для уплотнения телефонного канала цифровым потоком.

Puterea transmițătoarelor liniilor de comunicație cu relee radio digitale depinde de lungimea traseului, de intervalul de frecvență de funcționare, de numărul de canale transmise și de tipul de modulație. Se află în intervalul de la 0,1 W la unități de wați, ajungând în unele cazuri la 10 W. Puterea RPDU-urilor de la sol pentru comunicațiile radio spațiale este de unități și zeci de kilowați, puterea stațiilor releu de pe sateliți și stații spațiale este de zeci și sute de wați și chiar unități de kilowați. Pentru a obține puteri la nivelul fracțiilor de watt și unităților de wați, în gama de microunde, se folosesc generatoare pe diode Gunn, LPD, amplificatoare cu tranzistori cu microunde. Pentru a amplifica semnalele cu microunde la un nivel de putere de zeci și sute de wați, se folosesc TWT, mai mult de 1 kW - TWT și klystroni flyby.

Lățimea de bandă a semnalului radio depinde de viteza de transmisie a datelor și de tipul de manipulare. În timpul transmisiei digitale a unui semnal analogic S (t), acesta este supus eșantionării, înlocuindu-l cu o multitudine de eșantioane care urmează la anumite intervale T:

V (t) = S (t) σ (t-кT) pentru t≥0, (3,5)

unde k este o succesiune de numere întregi: k = 0,1,2,3, ...;

σ (t-kT) este o funcție delta egală cu unu în momentele t = KT și zero în restul timpului.

Frecvența de eșantionare fТ = 1 / Т este selectată în conformitate cu teorema Kotelnikov: fТ≥2 Fmax, unde Fmax este frecvența maximă a spectrului semnalului continuu S (t).

În continuare, este codificat semnalul discret V (t) (3.5), pentru care sunt utilizate diferite metode de modulare a codului de impulsuri (PCM). Fiecărei probe V (kT) i se atribuie un număr binar de n biți. Numărul de biți n este determinat de cerințele pentru fidelitatea mesajului original în receptor, depinde de codul selectat și de particularitățile construcției dispozitivelor de codificare și decodare (codec-uri). La transmiterea unui canal standard TF (telefon) cu o bandă de 300-3400 Hz, frecvența de eșantionare este fТ = 8 kHz, iar semnalul PCM este reprezentat de un cod binar de opt biți (n = 8). Rata de transmisie a unui canal TF digital B = nfT = 64000 biți / s, sau 64 kbit / s.

Sistemele de comunicații digitale sunt utilizate pe scară largă pentru transmiterea mesajelor TF multicanal. Există o ierarhie general acceptată a sistemelor multicanal.

Grupul primar este format din 32 (30) canale TLF. Între paranteze: de obicei, două canale TLF sunt ocupate de transmiterea informațiilor de serviciu. Rata de transmisie B = 3264 = 2048 kbps = 2,048 Mbps. În banda ocupată de 32 de canale TLF pot fi transmise șase canale de transmisie digitală de înaltă calitate.

Grupurile de nivel superior sunt:

128 (120) canale TLF, V = 8,448 Mbit/s,

512 (480) canale TLF, V = 34,368 Mbit/s,

2048 (1920) canale TLF, B = 139,264 Mbit/s.

S-au atins rate de transmisie de 400 Mbit/s, ceea ce este echivalent cu transmisia a 5760 de canale TLF.

Rata de transmisie determină lățimea de bandă a semnalului PCM în bandă de bază și, prin urmare, lățimea de bandă a canalului radio. Digital Information Signal (DDS) reprezintă un proces aleatoriu. Spectrul său de energie este alcătuit dintr-o parte continuă, afișată aproximativ de funcția de densitate spectrală G (F) = G (O) sin² (πF / B)², în interiorul căreia există componente separate separate datorită transmiterii semnalelor de sincronizare, de control, etc. Frecvența minimă care poate limita spectrul semnalului în bandă de bază este legată de rata de biți a DSC, după cum urmează:

Fm (MHz) ≥B / 2 (Mbps). (3,6)

VCIS care sosește la transmițător este o succesiune de logice (impulsuri scurte) și zerouri logice, urmând cu o frecvență de ceas fТ = 1 / T. Pentru manipulare, un semnal de control (modulator) Vу este generat în transmițător conform următoarei legi: sosirea lui „1” a sistemului de control digital corespunde unui impuls de control cu ​​o amplitudine de +1, durata T, care va fi desemnată în mod convențional ca „1” mai jos; amplitudinea –1 cu durata T, care va fi denumită în continuare „0”. Semnalul Vу aparține clasei de semnale care nu dispar (BVN - fără a reveni la zero).

Cea mai simplă metodă de manipulare este, așa cum am spus, tastare cu schimbare de amplitudine(AMn), la care „1” al tensiunii Vу corespunde emisiei de oscilații de înaltă frecvență, iar „0” Vу - o pauză. Semnalul radio AMn este descris de lege:

uАМн = U (1+ Vу (t)) sin ω0t. (3,7)

Spectrul semnalului AMn constă dintr-o frecvență purtătoare Usin ω0t și două benzi laterale, fiecare cu o lățime de Fm. La rata de transmisie B, lățimea de bandă minimă a semnalului AMn este PAMn≥B. Deci, la B = 34 Mbit / s

PAMn≥34 MHz, la V = 140 Mbit/s PAMn≥140 MHz, etc.

În forma sa pură, AMn este rar folosit în comunicațiile radio digitale datorită imunității sale scăzute la zgomot.

Principalul tip de manipulare în sistemele digitale sunt tastare cu schimbare de fază(FMn) și deplasarea amplitudinii în cuadratura(KAM). Cu un PSK simplu „1” și „0” al semnalului Vу corespund valori strict definite ale fazei de oscilație HF φ, de exemplu, φ = π la Vу = „0” și φ = 0 la Vу = „1 ” (vezi Fig. 3.8, a) ...

Dezavantajul FM este că în receptor este necesar să se facă distincția între valorile absolute ale fazei semnalelor primite. Receptorul, așa cum ar fi, ar trebui să „știe” în avans ce valoare a lui φ corespunde unei anumite valori a VCIS. Pentru a face acest lucru, este necesar să se introducă inserții speciale în DSC pentru transmiterea semnalului de referință și să complice procesarea semnalului în receptor.