Тема 9. Модуляция и демодуляция (774460)
Текст из файла
4.1. Зачем нужна модуляция Цифровая модуляция — это процесс преобразования цифровых символов в сигналы, совместимые с характеристиками канала. При низкочастотной модуляции (ЬазеЬапо шоди1абоп) эти сигналы обычно имеют вид импульсов заданной формы. В случае паласовой модуляции (Ьапдразз шогЫацоп) импульсы заданной формы модулируют синусоиду, называемую несущей волной (сагпег тате), или просто несущеи (сагпег); для радиопередачи на нужное расстояние несущая преобразуется в электромагнитное поле. Может возникнуть вопрос: зачем для радиопередачи низкочастотных сигналов нужна несущая? Ответ звучит следующим образом.
Передача электромагнитного поля через пространство выполняется с помощью антенн. Размер антенны зависит от длины волны Х и текущей задачи. Для переносных телефонов размер антенны обычно равен?ч4, а длина волны с(Г, где с — скоросп света, 3 х !О' м/с. Рассмотрим передачу низкочастотного сигнала (скажем, имеющего частоту у=3000 Гц), поступающего прямо в антенну без использования несущей. Какая антенна нам понадобится? Возьмем стандарт телефонной промышленности, )24.
Получаем, что для сигнала 3000 Гц )24=2,5 х 104м= 25 км. Итак, лля передачи через пространство сигнала с частотой 3000 Гц без мадулиравайив несущей требуется антенна размером 25 км. При этом, если низкочастотная информация модулируется несущей более высокой частоты, например 900 МГц, размер антенны будет составлять порядка 8 см. Приведенные вычисления показывают, что модулирование несущей частоты, или паласовая модуляция,— это этап, необходимый для всех систем, использующих радиопередачу. Полосовая модуляция имеет и другие важные преимушества при передаче сигналов. При использовании одного канала более чем одним сигналом, модуляция может применяться для разделения различных сигналов. Подобный метод, известный как уплотнение с частотным риздвлением ((геццепсу-д(у!в(оп пш!!(р!ех!пд — НЭМ), рассматривается в главе 11. Модуляция может использоваться и для минимизации последствий интерференции.
Класс схем модуляции, известный как модуляция расширенным спектрам, требует полосы, значительно превышающей минимальную полосу, необходимую для передачи сообщения. В главе 12 рассмотрены компромиссы, связанные с выбором полосы, снижающим интерференцию. Кроме того, модуляция может использоваться для перемещения сигнала в диапазон частот, в котором легко удовлетворяются специфические конструктивные требования, например, относящиеся к фильтрации и усилению. Примером такого применения молуляции является преобразование в приемнике радиочастотных сигналов в сигналы промежуточной частоты. 4.2. Методы цифровой полосовой модуляции Паласовая модуляция (аналоговая или цифровая) — это процесс преобразования информационного сигнала в синусоидальный сигнал; при цифровой модуляции синусоида на интервале Т называется цифровым символом.
Синусоиды могут отличаться по амплитуде, частоте и фазе. Таким образом, полосовую модуляцию можно определить как процесс варьирования амплитуды, частоты или фазы (или их комбинаций) радиочастотной несущей согласно передаваемой информации. В общем виде несущая записывается следующим образом: (4.1) л(г) = А(г) соз 6(г). Глава 4.
Полооовая модуляция и демодуляция Здесь А(с) — переменная во времени амплитуда, вй(с) — переменный во времени угол. Угол удобно записывать в виде 6(с) = асгс + Ф(с), (4.2) так что л(с) = А(с) сов [а)сс ь ф(с)), (4.3) где со — угловая частота несущей, а ф(с) — ее физа. Частота может записываться как переменная С или как переменная со. В первом случае частота измеряется в герцах (Гц), во втором — в радианах в секунду (рад/с). Эти параметры связаны следующим соотношением со = 2яг: Основные типы паласовой модуллциигдемадуллции перечислены на рис. 4.1.
Если для детектирования сигналов приемник использует информацию о фазе несушей, процесс называется кагерентным детектированием (со[сеген! дегесбоп); если подобная информация не используется, процесс именуется некагврентным детектированием (попсойегепс с!есесс[оп). Вообще, в цифровой связи термины "демодуляция" (бепюдв1абоп) и "детектирование" (с[есесг[оп) часто используются как синонимы, хотя демодуляция делает акцент на восстановлении свисала, а детектирование — на принятии решения относительно символьного значения принятого сигнала. При идеальном когерентном детектировании приемник содержит прототипы каждого возможного сигнала. Эти сигналы-прототипы дублируют алфавит переданных сигналов по всем параметрам, даже по радиочастотной фазе.
В этом случае говорят, что приемник автамитически надстраиваетсл под фазу входного сигнала. В процессе демодуляции приемник перемножает и интегрирует входной сигнал с каждым прототипом (определяет корреляцию). На рис. 4.1 под общим заголовком косерентной модуляции/демодуляции перечислены: фазовая манипуляция (р)сазе Ыс)й [сеу)пд — РБК), частотная манипуляция (йеццепсу з)с!й [сеу!пя — Е5К), амплитудная манипуляция (ашр!!саде в)йй [сеута — АБК), модуляция без разрыва фазы (сопйпцоцз рйазе глода!абаи — СРМ) и смешанные комбинации этих модуляций.
Основные форматы паласовой модуляции рассмотрены в данной главе. Некоторые специализированные форматы, такие как квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (о[[вес цвас)сагвсе РЗК вЂ” ООРБК), манипуляция с минимальным сдвигом (пшштшш з!Вй )сеушд — МБК), приналлежашие к классу модуляций СРМ, и квадратурная амплитудная модуляция (цвадгагше агар!!свс)е гпос!в1абоп— ОАМ), рассмотрены в главе 9. Некагерентная демодуляция относится к системам, использующим демодуляторы, спроектированные для работы без знания абсолютной величины фазы входного сигнала; следовательно, определение фазы в этом случае не требуется.
Таким образом, преимушеством некогерентных систем перед когерентными является простота, а недостатком — большая вероятность ошибки (Рг). На рис. 4.1 под заголовком некогеРентной передачи сигналов перечислены модуляции, подобные используемым при когерентной передаче: [)РБК, РБК, АБК, СРМ и смешанные их комбинации. Подразумевается, что для некогерентного приема информация о фазе не используется; так почему же под заголовком "некогерентная передача*' указана одна из форм фазовой манипуляции? Это вызвано тем, что одну из важных форм РБК можно отнести к некогерентной (или дифференциально когерентной), поскольку она не требует согласования по фазе с принятой несущей. При использовании этой "псевдо-РЖ", называемой дифференциальнаи фазовой манипуляцией (с))йегепг)а[ РБК вЂ” с)РБК), в процессе детектирования текущего символа в качестве опорной фазы применяется фаза прелыдушего символа.
Подробно этот вопрос рассмотрен в разделах 4.5.1 и 4.5.2. 4.2. Методы цифровой полосовой модуляции Выравнивание Канальное кодирование Полссовая передача Структурированные последовательности Кодирование формой сигнала Нексгерентные схемы Когерентные схемы Блочные коды Сверточные коды Турбокоды уплотнение/Множественный доступ Расширениеспектра Синхронизация ФоРматиРование Кодирование источника Передача видеосигналов Знаковое кодирование Дискретизация Квантование Импульоно-кодовая модуляция (РСМ) Рис. 4.1. Основные нреоброзовонця цифровой связо Сценка последовательности с максимальным правдоподобием (МьЗЕ) Выравнивание с помощью фильтров Трансверсапьные эквалайзеры или эквалайзеры с обратной связью по решению Заданное или адаптивное выравнивание Символьное или фракционное разделение Шифрование о Блочное Шифрование потока данных 4.2.1.
Векторное представление синусоиды Используя известное тригонометрическое равенство, называемое теоремой Эйлера, введем комплексную запись синусоидальной несущей: е'"~ = сок озог+)йп озот (4.4) Возможно, кто-то чувствует себя уютнее при использовании более простой, привычной записи соко)у или к)п отпг. Возникает естественный вопрос: что нам дает комплексная запись? Далее будет показано (раздел 4.6), что такая форма записи облегчает описание реальных модуляторов и демодуляторов. Здесь же мы рассмотрим общие преимушества представления несущей в комплексной форме, приведенной в формуле (4.4). Во-первых, при комплексной записи в компактной форме, ем", указаны лва важных компонента любой синусоидальной несущей волны, называемые взаимно ортогональными синфазной (действительной) и квадратурной (мнимой) составляющими.
Во-вторых, как показано на рис. 4.2, немодулированная несущая удобно представляется в полярной системе координат в виде единичного вектора, вращающегося против часовой стрелки с постоянной скоростью озт радгс. при увеличении т (от то до т,) мы можем изобразить переменные во времени проекции вращающегося вектора на синфазной (1) и квадратурной (О) осях. Зги декартовы оси обычно называются синфазным (т' с)таппе1) и квадратурным каналом ((2 сйаппе1), а их проекции представляют взаимно ортогональные составляющие сигнала, связанные с этими каналами. В-третьих, процесс модуляции несущей можно рассматривать как систематическое возмущение вращающегося вектора (и его проекций).
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
