Материал: 1 Классификация и физический механизм работы вч и свч генераторов

Рисунок 11.16 – Формирование сигнала 4-ФТ(QPSK)Далее используется схема аналогичная фазо-разностному методу формирования однополосного сигнала.S(t) = Q·cosωt - I·sinωt = S·cos(ωt + φ)где ;На практике число позиций М ≤ 8, т.к. при больших значениях «М» ФТ и ОФТ существенно проигрывают более совершенным методам квадратурной амплитудно-фазовой манипуляции (КАМ).К числу недостатков ФТ-4 (ОФТ-4, Differential Quadrature Phase Shift Keying -DQPSK) следует отнести наличие скачка фазы на 180⁰ при переходе от ситуации 0/0 к 1/1 или от 1/1 к 0/0. Такие скачки фазы, при прохождении сигнала через узкополосные тракты, вызывают паразитную амплитудную модуляцию, что приводит к снижению помехоустойчивости.Устранить такие скачки фазы удаётся при 4-х позиционной относительной фазовой манипуляции с дополнительным фазовым сдвигом π/4 (π/4DQPSK). Структурная схема манипулятора в этом случае не отличается от рис. 11.15, однако кодер фазы в этом случае работает иначе. Результат его работы представлен на рисунке 11.17 и соответствует алгоритму представленному в таблице 11.3 Таблица 11.3

b(2n-1)	b(2n)	Δφ
		π/4
		3π/4
		-3π/4
		-π/4

В отличие от ФТ – 4 при манипуляции π/4DQPSK отсчёт фазы Δφ ведётся не от фиксированной позиции 0/0, а от предшествующей позиции, как показано на векторной диаграмме. Эта диаграмма фактически состоит из двух диаграмм ОФТ – 4 сдвинутых по фазе на 45⁰ (отсюда название «со сдвигом π/4»).Рисунок 11.17 – Формирование сигнала π/4DQPSKМинимальный фазовый сдвиг при π/4DQPSK в 2 раза меньше, чем в случае 4-ФТ. Однако это не сказывается на помехоустойчивости, т.к. каждый следующий скачёк фазы происходит с переходом на другую, сдвинутую на

45⁰, диаграмму векторов. При оптимальном приёме это обстоятельство учитывается автоматически и не вызывает снижения помехоустойчивости. Вместе с тем, изменение фазы на 180⁰в этом случае полностью исключается. На выходе манипулятора π/4DQPSK сигнал принимает видS(t) = Q·cosωt - I·sinωt = S·cos(ωt + φк-1+Δφ)Здесь φк-1 - значение фазы предшествующее приращению Δφ.Ещё один метод, получивший название квадратурной относительной фазовой манипуляции со смещением (4-ФТс), также позволяет исключить скачки фазы от 0 на 180⁰ (или от 180⁰на 0⁰). По международной терминологии этот вид манипуляции называется Offset Quadrature Phase Shift Key (OQPSK). Отличие OQPSK от ФТ-4 состоит в том, что ортогональные сигналы Q и I не кодируются в соответствии с сочетанием чётных и нечётных битов, а полностью им соответствуют в биполярной форме (см . рис.11.18).Рисунок 11.18 – Квадратурная фазовая манипуляция со смещением Таким образом, фазовая манипуляция на рисунке 11.15 осуществляется только нечётными (Q), или только чётными (I ) битами в биполярной форме. Поскольку в каждом тракте после ЭКУ битовая частота снижается в два раза, а сигналы в них взаимно независимы (ортогональны), полоса частот, занимаемая выходным сигналом, после сумматора останется такой же, как при ФТ-4. Звезда векторов при такой манипуляции не принимает значений 0 и 180⁰, поэтому глубоких провалов в сигнале OQPSK не бывает. Эта особенность поясняется рисунком 11.19, где представлены переходы фазы с приращением в 180⁰ при QPSK и OQPSK.Рисунок 11.19 – Скачки фазы при QPSK и OQPSK c приращением 180⁰ Квадратурная амплитудная манипуляция является дальнейшим развитием многопозиционной манипуляции. Сокращённое обозначение КАМ-М, или QAM-M (Quadrature Amplitude Modullation), где М - число позиций «звезды» векторов, определяющей этот вид манипуляции.Рассмотрим принцип формирования квадратурной амплитудной манипуляции на примере

КАМ-16. Структурная схема манипулятора представлена на рисунке 11.20Рисунок 11.20 – Манипулятор КАМ-16 Здесь как и ранее ЭКУ – электронный коммутатор удлинитель; ФК -формирователь кода I, Q; БМ – балансный модулятор; Σ –сумматор.Электронный коммутатор распределяет исходный цифровой поток bi на 4 потока mi1…mi4 и удлиняет каждый бит в 4 раза. Формирователь кода генерирует ортогональные сигналы I и Q, которые затем перемножаются на квадратурные несущие. В результате сложения модулированных колебаний на выходе получается сигнал S(t)=A(t)sin[ωt+φ(t)], гдеА(t)= ; Алгоритм работы формирователя кода (ФК) представлен в таблице 11.4 Таблица 11.4 В качестве примера на рисунке 11.21 приведен фрагмент картины формирования КАМ-16.Рисунок 11.21 – Формирование КАМ-16 Звезда векторов, соответствующая КАМ-16, представлена на рисунке 11.22. Здесь же для сравнения показана звезда векторов ОФТ-16.Рисунок 11.22 – Векторные диаграммы ОФТ-16 и КАМ-16 Сравнение векторных диаграмм ОФТ-16 и КАМ-16 вскрывает очевидное преимущество КАМ-16 ( dк > dо ). Аналогично формируются КАМ-64 и КАМ-256 при разложении исходного цифрового сигнала соответственно на 6 и 8 потоков. Возможны и промежуточные варианты, например КАМ-32 (5 потоков). Соответствующие диаграммы векторов представлены на рисунке 11.23.Рисунок 11.23 Варианты квадратурной амплитудной манипуляции В последние годы фирмой Globe Span Inc запатентован однополосный вариант QАМ, получивший название САР (Carrier Less Amplitude modulation / Phase

). В спектре САР подавлена несущая и одна боковая полоса сигнала

QАМ.

11.7 Передача цифровой информации методом OFDM (COFDM)

(метод частотно-временного уплотнения с ортогональными несущими)

В начале 80-х годов во французской лаборатории ССЕТТ была сделана попытка применить технологию использования шумоподобного спектра для целей цифрового радиовещания. При этом была определена весьма эффективная система передачи цифровой информации получившая название OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). За последние годы в мире стандартизовано по крайней мере пять систем цифрового радиовещания. Это четыре стандарта телевизионного вещания (DVB-T, ISDB-T, DAB-T, ATSC-8VSB) и система звукового радиовещания DRM. Все они, за исключением одной, используют метод COFDM (OFDM c кодированием).

Суть метода в упрощенном изложении заключается в следующем:

Кодированный цифровой сигнал расщепляется на 2, 4, или 6 потоков и втечение одного временного интервала (фрейма - своеобразного кадра ) модулирует методом QAM (4, 16, 64) последовательно большое количество близко расположенных поднесущих частот (до 300 для звукового вещания и до 6800 для телевидения). Выбор числа позиций QAM определяется степенью важности передаваемой в данный момент информации. Например, информация о способе кодирования, позволяющая на приёмном конце восстановить исходный звуковой или видео сигналы, передаётся методом QAM-4, которая обладает наибольшей помехоустойчивостью.

В начале каждого фрейма вводится защитнывй интерал времени (Тз), в течение которого приёмник игнорирует приём информации (см. рисунок 11.24). На этот интервал приходится основная доля эхо-сигналов от предыдущего символа Тс при многолучёвых отражениях. Таким образом, осуществляется защита каждого фрейма от эхо-сигналов предыдущего фрейма.

Поскольку поднесущие частоты расположены очень близко друг к другу, для исключения взаимных помех они должны быть ортогональны на интервале символа Тс. Для этого, в соответствии с (11.2), интервал между соседними частотами выбран равным 1/Тс.

Рисунок 11.24 – Спектрально-временная диаграмма OFDM

Для пвышения надёжности передачи информации при

OFDM используется «перемежение» по времени и частоте. Суть перемежения заключается в том, что информация одного из подканалов передаётся в соседних фреймах на разных поднесущих частотах и в различной последовательности во времени. Это позволяет сократить потери информации в отдельном подканале при наличии сосредоточенной помехи на частоте конкретной поднесущей и в определённом временном интервале.Задача модуляции огромного количества поднесущих частот разными видами QAM , была бы совершенно невозможной, если бы для каждой поднесущей использовался свой модулятор. Эту проблему удалось решить благодаря разработанному в последние годы методу быстрого преобразования Фурье, для реализации которого разработан целый спектр специализированных интегральных микросхем.Наличие в сигнале COFDM составляющих с QAM-64 требует от усилительного тракта передатчика очень высокой степени линейности амплитудных и фазовых характеристик. Для обеспечения этих требований, мощность усилителей модулированных колебаний в режиме COFDM приходится уменьшать в несколко раз по сравнению с номинальной, переводя ряд его ступеней в режим колебаний первого рода (класс А). При этом неизбежно падает промышленный к.п.д. передатчика. В случае передатчиков большой мощности с этим мириться нельзя, поэтому для повышения эффективности усилительного тракта используют метод раздельного усиления фазомодулированной составляющей COFDM сигнала и его огибающей (см. п.п. 8.2.3).Снижение мощности передающих устройств не сказывается на качестве передаваемой информации, т.к. цифровая форма сигнала и использование высокоэффективных методов помехоустойчивого кодирования позволяют обеспечить высокое качество в самых неблагоприятных условиях помеховой обстановки.Рисунок 11.25 – Сравнение цифрового и аналогового вещания Для иллюстрации эффективности метода COFDM на рисунке 11.25 представлена сравнительная диаграмма качества передачи информации в системе радиовещания по стандарту DRM и при обычной амплитудной модуляции в условиях неблагоприятной помеховой обстановки. Сравнение проводилось методом субъективных экспертных оценок. Преимущество COFDM очевидно и не требует комментариев.

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/254019

Смотрите также:

Анализ ликвидности и платежеспособности банка ОАО "ДОС-Кредобанк"
Анализ прекращения предпринимательской деятельности
Исследование педагогических условий повышения спортивной мотивации
Понятие, признаки и состав административного правонарушения
Рационализация модернизирующихся обществ и дискурсивные практики нормативного регулирования
Социология большой длительности: взаимосвязь парадигм исторической динамики
Сыскология, или Наука о профессиональной сыскной деятельности: первое знакомство
Философия как наука и как явление культуры
Экономное электроосвещение
Язык – хранитель и свидетель культуры