704_Mikushin_A.V._Skhemotekhnika_mobil'nykh_radiostantsij_

Рисунок 1.29. График зависимости вероятности ошибки GMSK

в зависимости от отношения сигнал/шум на входе решающего устройства

1.2.2. Фазовая модуляция

Двухпозиционная фазовая модуляция (BPSK).

Одна из простейших разновидностей цифровой модуляции – двухпозиционная или двоичная фазовая модуляция (BPSK). Этот вид модуляции применяется, например, в области телеметрии дальнего космоса. Значения фазы несущего колебания принимают значение 0 и 180 градусов.

Запишем модулированный сигнал в соответствии с выражением (1.28):

Обратите внимание, что с использованием выражения (1.28) фазовую модуляцию можно осуществить двумя различными способами. Как уже упоминалось выше, начальное значение фазы (t) может принимать два значения 0 и 180 градусов. В этом случае для реализации фазовой модуляции, как и в частотном модуляторе, потребуются два генератора. Оба генератора должны формировать одну и ту же частоту, но с различной начальной фазой.

31

Рисунок 1.31. Временная диаграмма сигнала двоичной фазовой модуляции

Спектр полученного сигнала приведен на рисунке 1.32. На этом рисунке видно, что спектр выходного сигнала ничем не ограничен. При применении двоичной фазовой модуляции в реальных радиоканалах спектр сигнала приходится ограничивать тем или иным способом.

Рисунок 1.32. Спектр сигнала двоичной фазовой модуляции

Первоначально ограничение спектра сигнала производилось при помощи полосового фильтра, включенного на выходе модулятора, однако это приводит к возникновению межсимвольной интерференции. Спектр ограниченного по полосе сигнала с двоичной фазовой модуляцией и временная диаграмма фазы сигнала, полученного на приемном конце с выхода фазового демодулятора, приведены на рисунках 1.33 и 1.34 соответственно.

33

Рисунок 1.33. Спектр сигнала двоичной фазовой модуляции, ограниченного по спектру фильтром Баттерворта восьмого порядка

Рисунок 1.34. Временная диаграмма изменения фазы при ограничении спектра радиочастотного сигнала

На рисунках 1.33 и 1.34 приведена предельная ситуация, когда межсимвольные искажения, возникающие на передающем конце радиолинии, еще не приводят к снижению помехоустойчивости сигнала. В результате ограничения спектра высокочастотное колебание кроме фазовой модуляции приобретает амплитудную составляющую модуляции. Эта ситуация иллюстрируется рисун-

ком 1.35.

34

Рисунок 1.35. Временная диаграмма сигнала двоичной фазовой модуляции при ограничении спектра радиочастотного сигнала

Описанная проблема долгое время ограничивала скорость передачи данных по радиоканалу, т.к. полосу пропускания фильтра определяли исходя из условия, что переходный процесс фильтра должен был закончиться до момента принятия решения о переданном сигнале в отсчетной точке. Затем Найквист предложил вариант, когда переходный процесс фильтра продолжается в течение времени передачи нескольких последующих передаваемых символов. Единственное условие, которое он наложил на переходную характеристику такого фильтра, это то, что она должна обращаться в ноль в моменты принятия решения (отсчетные точки). На поведение сигнала во всех остальных точках мы не обращаем внимания.

Фильтры, обладающие такой переходной характеристикой, получили название фильтров Найквиста. Подобной характеристикой обладает идеальный фильтр низкой частоты. Частотная характеристика этого фильтра приведена на рисунке 1.36.

Рисунок 1.36. Частотная характеристика идеального фильтра низких частот

Импульсная характеристика данного фильтра описывается функцией sin x/x, которая обращается в ноль с периодом передачи символов Tс. Известно,

35

Рисунок 1.38. Частотная характеристика фильтра Найквиста

Импульсная характеристика данного фильтра тоже обращается в ноль в моменты принятия решения (в отсчетных точках). Импульсная характеристика фильтра Найквиста при =0,3, приведена на рисунке 1.39.

Рисунок 1.39. Импульсная характеристика фильтра Найквиста

За счет воздействия этой характеристики на сигнал появляется паразитная амплитудная модуляция, однако при попытке ограничить этот сигнал по амплитуде, его спектр немедленно расширится. Пример временной диаграммы BPSK сигнала приведен на рисунке 1.40.

37

Рисунок 1.40. Временная диаграмма BPSK сигнала c α = 0.6

В результате появления дополнительной амплитудной модуляции усилитель мощности радиосигнала требуется проектировать с более жесткими требованиями по нелинейным искажениям по сравнению с усилителем сигналов с постоянной амплитудой. Это, в свою очередь, ведет к уменьшению к.п.д. усилителя мощности и увеличению массогабаритных параметров всего устройства в целом.

Четырехпозиционная фазовая модуляция (QPSK).

Из теории связи известно, что наивысшей помехоустойчивостью обладает двоичная фазовая модуляция BPSK. Однако в ряде случаев за счет уменьшения помехоустойчивости канала связи можно увеличить его пропускную способность. Более того, при применении помехоустойчивого кодирования можно более точно планировать зону, охватываемую системой мобильной связи.

В четырехпозиционной фазовой модуляции используются четыре значения фазы несущего колебания. В этом случае фаза (t) сигнала, описываемого выражением (25) должна принимать четыре значения: 0 , 90 , 180 и 270 . Однако чаще используются другие значения фаз: 45 , 135 , 225 и 315 .

Такой вид представления квадратурной фазовой модуляции приведен на рисунке 1.41.

38