Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами (2002) (1151874), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Поэтому в таком виде ФМ-2 сигналы практически не используются. Дпя уменьшения занимаемой ими полосы частот они подвергаются фильтрации. Трудно осуществить Фильтрацию этих сигнапов после модулятора на высокой частоте, поскольку потребовались бы узкополосные высокодобротные фильтры дпя каждой частоты несущего колебания. Число таких частот в современных цифровых системах связи с подвижными объектами может достигать нескольких десятков. Поэтому операция фильтрации практически всегда выполняется над модупирующим сигналом до модуляции.
Соответствующий фильтр является низкочастотным и единственным, хотя обычно и достаточно сложным. Однако современные достижения радиоэлектроники обеспечивают его реализацию, а большое число частотных каналов в этом спучае можно получить, если использовать несущее колебание с набором соответствующик частот Такой фильтр будем называть фипыпром основной полосы. о тво 4 еясзвнтельналчасзь Рис 32. Сигнальное созвездие ФМ-2 сигнала 20 25 30 35 0 5 10 15 -Л 0 10 15 20 25 30 35 б) Рис. 3.3. Временные диаграммы модулирующего сигнала (в) и ФМ-2 радиосигнала (б) Однако при уменьшении полосы частот, занимаемой радиосигналом, путем фильтрации приходится учитывать возникающую при этом проблему межсимвольной интерференции, которая будет обсуждаться позднее.
На рис. 3.4 представлена упрощенная функциональная схема передатчика, формирующего ФМ-2 радиосигнал. Здесь после модулятора добавлены усилитель мощности радиосигнала и узкополосный высокочастотный фильтр. Основное назначение фильтра состоит в том, чтобы ослабить излучение передатчика на частотах, кратных основной частоте несущего колебания; опасность таких излучений обусловлена нелинейными эффектами в усилителе мощности, которые, как правило, имеют место и усиливаются при попытке увеличения эффективности этого усилителя.
Часто данный фильтр используется одновременно и дпя приемника — он подавляет сильные сторонние сигналы вне полосы частот полезных радиосигналов до преобразования частоты квнизж Квадратурная фазовая модуляция. При ФМ-2 один канальный символ переносит один передаваемый бит. Однако, как уже отмечалось выше, один канальный символ может переносить большее число информационных бит. Например, пара следующих друг за другом битов может принимать четыре значения: (О О), ( 0 1~, (1 ОЦ1 1~. Фильтр — ОСНОВНОЙ полосы / Модулягор радиосигйап Усилитель Импульсы т прямоугольной МОДУптгРУнгпгий формы сигнал Рис. 3.4. Функциональн тройства формирования Фм'-2 радиосигнала Если дпя передачи каждой пары использовать один канальный символ, то потребуется четыре канальных символа, скажем [ЗО($),э,(!),З2($),ЗЗ(1)), таК Чтс гу) = 4.
ПРИ ЭТОМ СКОРОСТЬ ПврвдаЧИ символов в канале связи оказывается в два раза ниже, чем скорость поступления информационных битов на вход модулятора и, следовательно, каждый канальный символ теперь может занимать временной интервал длительностью Т„= 2Т . В частности, при фазовой модуляции в качестве канальных символов можно выбрать следующие радиосигналы: э;(() = э[(, гр;(г)) = А соэ[2пуог + трг(г)) = йе[А ехр[)грг(г'))) ехр[у2куог)), Овгс2ТС ° где гй(г) = х(2г+1)г4 — откпонениефазы радиосигнала с номером г от фазы немодупированного несущего колебания; А;(г) = Аехр()гр;(г))— комплексная амплитуда этого сигнала на интервале времени (О, 2 Тс ) для г = О, 1, 2, 3.
В дальнейшем вместо четырех канальных символов или четырех радиосигналов будем говорить о единственном радиосигнале, комплексная амплитуда которого может принимать четыре указанных значения, представленных на рис. 3.5 в виде сигнального созвездия. Каждая группа из двух битов представляется соответствующим фазовым углом, все фазовые углы отстоят друг от друга на 90 . Можно отметить, что каждая сигнальная точка отстоит от действительной или мнимой оси на 45'.
Данный способ модуляции может быть реализован следующим образом Последовательность передаваемых битов О, 1, 1, О, О, 1, О, 1, 1, 1, О, О, . Разбивается на две подпоспедовательности нечетных О, 1, О, О, 1, О,... и четных 1, О, 1, 1, 1, О, битов. Мнимая Рис. 3.5. Сигнальное созвездие ФМ-4 радиосигнала Биты с одинаковыми номерами в этих подпоследовательностях образуют пары, которые удобно рассматривать как комплексные биты; действительная часть комплексного бита есть бит нечетной подпоследовательности, а мнимая часть — бит четной подпоследовательности. Полученные таким способом комплексные биты преобразуются в комплексную последовательность прямоугольных электрических импульссе длительностью 2Т, со значениями +1 или -1 их действительной и мнимой частей, которые используются для модуляции несущего колебания ехр()2л(сЕ).
Б результате получается ФМ-4 радиосигнал. Рассмотрим один комплексный бит. Обозначим символом Е значение электрического импульса, полученное из действительной части этого бита (это значение бита нечетной подпоследовательности), а символом Я вЂ” значение электрического импульса, полученное из мнимой части этого же комплексного бита (зто значение соответствующего бита четной подпоследовательности). Отметим, что l и О могут принимать значения +1 или -1. Очевидно, что можно записать следующие равенства: ехр()2лгрЕ)+ ехр(-Е2лгоЕ) Есоз(2 Е,Е) =)[ 2 ехр()2лгзЕ) — ехр( — Е2лглЕ) С? гйл(2лгоо = а[ 2Е' Тогда можно сформировать сигнал з(Е) = Е соз(2лгзЕ) + 0 з1п(2л ~>Е) = 1 — [(Š— /0) вхр02лГлЕ)+ (Е-~ ЕСЕ) ехр(-у2лглЕ).
2 Если теперь ввести обозначения )+70= ~~)2+О~ел', г — !О = ~~)2+С~РЕ и, р = эгс(д(С)/Г), то )2 г ехР(72лтй( — Е)+ ехр(-72лГРГ+ Е) 2 ) (3.7) = ° ! ~ + 0~ соз(2лГРà — «р). Таким образом, меняя значения г и Я, м о получить амплитудную и фазовую модуляцию. В частности, ли принять, что ( и () могут принимать значения +1 или -1, то- плитуда этого сигнала постоянна и равна ~Г2, а фаза Ф принимает значения +45', -45', +135, — 135 . В результате для комплексной амплитуды высокочастотного сигнала с такой модуляцией можно записать А(Г) =,/йехр(7' — (2(+1)), 1= ОЛ 2,3, на интервале О < Г К 2Т,.
(3.8) 4 Приведенные выше равенства позволяют формировать сигналы ФМ-4 с помощью устройства, функциональная схема которого приведена на рис. 3.6. ~ эй) »с аксая,лг,ц э„ /= 1,2, Рис.3.6. Функциональная схема устройства формирования ФМ-4 радиосигнала На вход первого блока поступают информационные биты, которые преобразуются в последовательность прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью Т,. Эта последовательность в демультиплексоре разбивается на две подпоследоватепьности импульсов с нечетными и четными номерами, которые направляются в сггнг(зазную и квадратурную ветви соответственно.
Импульсы с нечетными номерами в синфазной +45о Р1, +1) ~ 135ь (-1, +1) Действительная чвоть г -45ь (+1, -1) 135ь (-1, -1) Рис. 3.7. диаграмма фазовых переходов дпя Озы-4 рвдиосигнвоа ветви задерживаются на время Т,. Дапее длительность импульсов каждой подпоспедоватепьности увепичивается до значения 27„ поспе чего осуществляется перенос на частоту го в каждой ветви Сложение резупьтатов перемножений завершает процесс формирования ФМ-4 радиосигнала. Дпя характеризации некоторых свойств модупированных сигналов часто используют так называемые диаграммы фазовых переходов, которые представляют собой графические изображения траекторий перемещений сигнапьных точек в сигнальном созвездии при переходе от одного передаваемого канального симаопа к другому.
Для ФМ-4 сигнала такая диаграмма представлена на рис. 3.7. На этой диаграмме сигнапьная точка с координатами (+1,+1) расположена на линии, образующей угол +45' с осями координат, и соответствует передаче символов +1 и +1 в квадратурных каналах модулятора. Если следующей парой символов будет (-1,+1), которой соответствует угол +135', то из точки (+1,+1) к точке ( — 1,+1) можно провести стрелку, характеризующую переход фазы радиосигнала от значения +35* к значению+135'. Полезность этой диаграммы можно проиппюстрировать на следующем примере.
Из рис. 3.7 следует, что четыре фазовые траектории проходят через начало координат. Например, переход из точки сигнального созвездия (+1, +1) в точку (-1, -1) означает изменение мгновенной фазы высокочастотного несущего копебания на 180'. Поскольку на выходе модулятора обычно устанавливают узкополосный высокочастотный фипьтр. то такое изменение фазы сигнала сопровождается существенным изменением значений огибающей сигнала на выходе этого фильтра и, спедоватепьно, во всей линии передачи. Непостоянство значений огибающей радиосигнала по многим причинам является нежелательным в цифровых системах передачи. Са и ~ сеа(га(а!) Расширигепь .с;; импульса а(!) 2Т, 'Ъ Р Расширигепь импульса Т Х Т ! ! \ а,, г= (,г 3.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
