Материал: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА

В качестве другого примера использования ЧМ можно привести рекомен-дацию МСЭ V.23. Модем должен обес-печивать работу со скоростью 600 или 1200 Бод. Скорости модуляции и ско-рости передачи информации здесь, как и в случае V.21, совпадают. При пере-даче со скоростью 1200 бит/с средняя частота 1700Гц, а девиация частоты ±400 Гц. При передаче со скоростью 600 бит/с используется средняя часто-та 1500 Гц и девиация частоты ±200 Гц. Наряду с каналом передачи данных предусмотрен вспомогательный (об-ратный) канал для передачи сигналов подтверждения о качестве приема со скоростью 75 бит/с.

Модемы, работающие со скоростью 300 и 600/1200 Бод, самые дешевые. Однако сегодня такая скорость передачи уже никого не уст-раивает. При малой скорости передачи долго придется передавать большие файлы, а, следовательно, экономия на покупке модема обернется большими затратами на оплату времени занятия канала. Поэтому модемы на скорость 300 Бод (или даже 600/1200 Бод) сейчас уже никто не покупает.

Фазовая модуляция. Если при частотной модуляции информация о виде передаваемого сигнала (0 или 1) заложена в значении частоты несущей, то при фазовой модуляции информационным параметром является фаза передаваемого сигнала (рис. 12.4 и табл. 12.3).

Упрощенная схема дискретного канала с ФМ приведена на рис. 12.5. Процесс модуляции осуществляется в фазовом модуляторе ФМ.

Полосовой фильтр ПФ_пер ограничивает спектр сигнала, выдава­емого в канал связи (непрерывный канал). Ограничение спектра пе­редаваемых частот с помощью ПФ_пер уменьшает взаимное влияние каналов в многоканальной аппаратуре с частотным разделением каналов.

Полосовой фильтр приема ПФ_пр выделяет полосу частот, в которой должен распола­гаться полезный сигнал, что позволяет избавиться от по­мех, находящихся вне поло­сы пропускания ПФ_пр. Далее сигнал усиливается усилите­лем. Последний компенсиру­ет потерю энергии сигнала за счет его затухания при прохождении через канал.

Таблица 12.3. Правило формирования ФМ-сигнала

Примечание. Отсчет фазы U_фм осуществляется относительно фазы несущей.

Рис. 12.5. Дискретный канал с ФМ

Обычно усилитель выполняет дополнительную функцию - функцию ограничения сигнала по уровню (УО). При этом удается обеспечить постоянство уровня сигнала на входе фазового демодулятора (ФД) при изменении уровня сигнала на входе приемника в довольно широких пределах. В фазо­вом демодуляторе ФД принимаемый фазомодулированный сигнал сравнивается по фазе с эталонным сигналом, который называют обычно опорным. Последний должен совпадать как по частоте, так и по фазе с несущей на передаче. Если принимаемый сигнал U_фм(t) на единичном интервале совпадает по фазе с опорным, то выносится решение о том, что передавалась 1. Если же фазы принятого и опор­ного сигнала отличаются на 180°, то делаем вывод о том, что переда­вался 0.

Одна из основных проблем при демодуляции ФМ-сигнала - про­блема получения опорного напряжения. В качестве опорного напря­жения можно использовать: напряжение высокостабильного местного генератора (см. рис. 12.5); пилот-сигнал, передаваемый от передат­чика по специальному узкополосному каналу; напряжение, выделяе­мое из принимаемого рабочего сигнала U_фм (t).

Даже при выборе достаточно стабильного местного генератора его частота будет отличаться от частоты несущей, что приведет к накап­ливанию расхождения по фазе несущей и опорного напряжения. Если расхождение по фазе несущей и опорного напряжения достигнет 180°, то все элементы принимаются «наоборот» (0 вместо 1 и 1 вме­сто 0), или, как говорят, появится «обратная работа». Не останавли­ваясь далее на остальных методах получения опорного напряжения, которые более подробно рассмотрены в работе [5] (см. гл. 10), заме­тим, что возможность «об­ратной работы» - это недос­таток не конкретного спосо­ба получения опорного на­пряжения, а фазовой моду­ляции или, как ее иначе называют, абсолютной фазовой модуляции для того, чтобы подчеркнуть ее отличие от относительной фазовой модуляции.

Таблица 12.4. Правило формирования ОФМ-сигнала

Примечание. Отсчет фазы () пе­редаваемого сигнала осуществляется относительно предыдущего сигнала.

Относительная фазовая (фазоразностная) модуляция. При от­носительной фазовой модуляции (ОФМ) явление «обратной работы» отсутствует, но достигается это ценой некоторого снижения помехо­устойчивости. При ОФМ сигнал формируется в соответствии с табл. 12.4.

Отличие табл. 12.4 от табл. 12.3 заключается в том, что отсчет пе­редаваемого сигнала (Дф) при ОФМ осуществляется не относительно фазы несущей, а относительно фазы предыдущего сигнала. Так, при передаче элемента 0 передаваемый сигнал должен иметь сдвиг от­носительно предыдущего на 180° (рис. 12.6). Так как для первого еди­ничного элемента нет предыдущего, то фаза соответствующего ему сигнала U_фм(t) может быть произвольной. Прием начнем со второго элемента, для которого опорным является первый.

Чаще всего в качестве фазового модулятора при ОФМ использует­ся такое же устройство, как и при абсолютной фазовой модуляции. Тогда для получения на выходе модулятора сигнала вида, изобра­женного на рис. 12.7, б, исходный сигнал, прежде чем подать его на модулятор, необходимо перекодировать (см. рис. 12.7, в). Временные диаграммы, иллюстрирующие процесс получения ОФМ-сигнала, представлены на рис. 12.7.

Информация о виде переданного единичного элемента заклю­чена в разности фаз i-го и (i - 1)-го ОФМ-сигнала. Следовательно, извлечь эту информацию можно, сравнивая фазу i-го и (i - 1)-го ОФМ-сигнала в фазовом демодуляторе (рис. 12.8). Для задержки сиг­нала на время, равное длительности единичного интервала, приме­няется элемент памяти ЭП. Схема, представленная на рис. 12.8, осу­ществляет автокорреляционный (некогерентный) прием. Иногда такой метод приема называют «методом сравнения фаз». Скачок фазы опорного напряжения на 180° вызовет одиночную ошибку, а не поток ошибок, как при абсолютной фазовой модуляции.

Если для приема использовать фазовый демодулятор, на кото-рый подается когерентное опорное напряжение, то после решающе-го устройства будем иметь сигнал, совпадающий (при отсутствии ошибок) с перекодированным на передаче. Такой сигнал нуждается в обратном перекодировании. Структурная схема такого приемника изображена на рис. 12.9. Здесь осуществляется корреляционный (когерентный) прием, называемый иногда «методом сравнения по-лярностей». Сравнение полярностей осуществляется в перекоди-рующем устройстве приема ПКУ_пр. Если полярности (i - 1)-го и i-го элементов совпадают, то на выходе ПКУ_пр в качестве i-го элемента выдается 1. Если полярности (i - 1)-го и i-го элементов разные, то на выходе ПКУ_Пр выдается 0.

Очевидно, что i-й элемент на выходе ПКУ_пр будет воспроизведен неправильно, если на его входе исказился (i - 1)-й или i-и элемент. Вероятность появления неправильного элемента на входе ПКУ_пр р_ош = p_фм, так как тогда вероятность неправильного приема

р_офм = 2р_ош(1-р_ош) ≥ р_фм. (12.4)

Обычно р_ош ≤ 10^-3 , тогда р_офм ≈ 2р_фм.

При автокорреляционном приеме в ФД происходит сравнение по фазе i-го и (i - 1)-го зашумленных сигналов, что приводит к увели-чению вероятности неправильного приема по сравнению с корреля-ционным, при котором в ФД сравнивается по фазе зашумленный сиг-нал с «чистым» опорным напряжением.

Относительная фазовая модуляция используется в модемах, разработанных по рекомендациям МСЭ-Т V.26 для работы со ско-ростью 1200 бит/с; для работы со скоростью 2400 бит/с при-меняется многопозиционная (двукратная) относительная фазовая модуляция.

Многопозиционная фазовая и амплитудно-фазовая модуляция. Последний вид модуляции называют еще квадратурной ампли-тудной модуляцией (QAM - Quadrature Amplitude Modulation).

Таблица 12.5. Правило формирования ДФМ-сигнала

Известно, что если сообщение передается двоичными посылками (двоичным кодом), то скорость передачи информации не может пре-вышать 2ΔF_k бит/с, или 2 бит/с на 1 Гц полосы пропускания канала. Для повышения удельной скорости передачи информации необходи-мо перейти к многократной модуляции (многопозиционным кодам), при которой каждая элементарная посылка несет более 1 бита информации.

Наибольшее применение многократные методы нашли при фазо-вой модуляции. Здесь каждой комбинации из п единичных двоичных элементов, поступивших от источника, ставится в соответствие опре-деленное значение фазы отрезка несущей. Правило отображения двоичной последовательности {а_i} в последовательность сигналов {s_i,k(t)} называется модуляционным кодом. Так, при двукратной фа-зовой модуляции (ДФМ) передаваемая последовательность разбива-ется на комбинации из двух элементов. Очевидно, что число различных комбинаций длины т равно 2^m. Для ДФМ 2^m = 4. Передача информации осуществляется дибитами в соответствии с модуляцион-ным кодом (табл. 12.5).

Применительно к двукратной относительной фазовой модуляции (ДОФМ) Δφ соответствует сдвигу фаз между i-м и (i - 1)-м сигналами. На приеме в зависимости от сдвига Δφ в соответствии с табл. 12.5 выдается одна из комбинаций. При одной и той же скорости модуляции ДОФМ позволяет обеспечить вдвое большую скорость передачи информации, чем ОФМ. Но так как при ДОФМ минимальный сдвиг по фазе между сигналами 90, а не 180°, как при ОФМ, вероятность ошибки при ДОФМ выше. Двукратная относительная фазовая моду-ляция в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т применяется для пе-редачи информации со скоростью 2400 бит/с.

Увеличение удельных скоростей передачи до 3 бит/(Гц • с) и выше может быть получено совместным использованием амплитудной и фазовой модуляций, причем для сокращения спектра сигнала в канал передается одна боковая полоса частот [2].

Система сигналов, применяемая при передаче информации, должна выбираться так, чтобы обеспечить минимальную вероятность непра-вильного приема элемента при заданной средней мощности передатчи-ка. В наилучшей системе сигналов минимальное из расстояний между парами сигналов должно быть максимальным.

На практике при т = 16 во многих УПС применяется так называ-мая квадратурная амплитудная модуляция КАМ-16 (рис. 12.10). Проигрыш в помехоустойчивости при КАМ по сравнению с оптимальной системой сигналов составляет приблизительно 0,5 дБ.

Рис. 12.10. Сигналы квадратурной амплитудной модуляции КАМ-16

Отметим, что изменение свойств помехи приводит к изменению структуры оптимальных систем сигналов. Для каналов, в которых имеются фазовые флуктуации (дрожание фазы), следует выбирать сигналы, существенно разнесенные по углу. Такая система сигналов представлена на рис. 12.11. Она отвечает рекомендации МСЭ-Т V.29 и обеспечивает минимальный угол между векторами 45°, что более чем в 2 раза превышает аналогичный показатель системы КАМ-16.

Следует отметить, что достижение высокой удельной скорости возможно только в том случае, если УПС являются адаптивными. Это связано с непостоянством параметров канала связи по времени, а также нестационарным характером действующих в нем мультиплика-тивных и аддитивных помех. Для адаптации в состав УПС включают-ся блоки идентификации параметров канала и помех, оценки которых используются для изменения параметров и структуры блоков форми-рования и обработки сигналов.