ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Манипуляция – Differential Binary Phase Shift Keying (DBPSK)

Предыдущая12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая

Методы манипуляции

Цифровой радиосвязи

Учебное пособие

для студентов радиотехнических специальностей

Разработчик:

заведующий кафедрой СРС,

профессор Мелихов С.В.

Томск ‑ 2014

Содержание

1. Дифференциальная (относительная) бинарная (двоичная) фазовая манипуляция – Differential Binary Phase Shift Keying (DBPSK)............................................................................................. 3

1.1.Передатчик DBPSK‑радиосигнала................................................................................ 3

1.2. Когерентная демодуляция DBPSK–радиосигнала..................................................... 7

1.3. Блок восстановления несущей частоты (БВНЧ). Фазовая неоднозначность при формировании опорного колебания............................................................................................................... 9

1.4. Блок восстановления тактовой частоты (БВТЧ)....................................................... 10

1.5. Схема Костаса для квазикогерентной демодуляции DBPSK-радиосигнала........ 12

1.6. Некогерентная демодуляция DBPSK–радиосигнала............................................... 13

2. Квадратурная фазовая манипуляция – Quadrature Phase Shift Keying (QPSK). Квадратурная фазовая манипуляция со смещением – Offset Quadrature Phase Shift Keying (OQPSK)... 15

2.1. QPSK‑модулятор........................................................................................................... 15

2.2. OQPSK‑модулятор........................................................................................................ 18

2.3. Когерентный демодулятор QPSK-радиосигнала...................................................... 20

2.4. Блок восстановления несущей частоты (БВНЧ). Фазовая неоднозначность при формировании опорного колебания............................................................................ 21

3. Дифференциальная (относительная) квадратурная фазовая манипуляция – Differential Quadrature Phase Shift Keying (DQPSK)...................................................................................................... 22

3.1. DQPSK‑модулятор........................................................................................................ 22

3.2. Когерентный DQPSK‑демодулятор............................................................................ 23

3.3.Схема Костаса для квазикогерентной демодуляции DQPSK-радиосигнала...... 24

3.4.Некогерентная демодуляция DQPSK-радиосигнала........................................ 25

4. Дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом – Differential Quadrature Phase Shift Keying ( DQPSK).......................................................................... 27

5. Частотная манипуляция – Frequency Shift Keying (FSK). Многопозиционная частотная манипуляция – Multi-Frequency Shift Keying (M‑FSK)..................................................................................... 30

6. Манипуляция с минимальным сдвигом – Minimum Shift Keying (MSK). Гауссовская манипуляция с минимальным сдвигом – Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK)....................................... 32

7. Квадратурная амплитудная модуляция – Quadrature Amplitude Modulation (QAM)....... 36

Список использованных источников................................................................................. 38

Дифференциальная (относительная) бинарная (двоичная) фазовая

манипуляция – Differential Binary Phase Shift Keying (DBPSK)

1.1. Передатчик DBPSK‑радиосигнала

Упрощенная структурная схема DBPSK‑передатчика изображена на рис. 1.1,а. Передатчик содержит DBPSK‑модулятор, усилитель мощности (УМ), полосовой фильтр (ПФ), антенну (А_П). В составе DBPSK‑модулятора: кодирующее устройство (КУ); преобразователь уровней (ПУ); генератор несущей (ГН); перемножитель (Пм). КУ содержит логическую схему (ЛС) и устройство задержки (УЗ) цифрового сигнала на время одного бита .

Исходный цифровой поток без возвращения к нулю (Non Return to Zero– NRZ) (рис. 1.1,б), имеющий длительность бита , поступает в КУ. В ЛС каждый бит складывается по модулю 2 с задержанным по времени на битом (рис. 1.1,в) и результирующий бит подвергается логической операции дополнения (1 0, 0 1, рис. 1.1,г):

. (1.1)

При таком дифференциальном (относительном) кодировании передается не абсолютное значение информационного бита, а его изменение (или неизменение) относительно предыдущего бита.

Цифровой поток с выхода КУ при помощи ПУ превращается в знакопеременную последовательность (рис. 1.1,д), причем биту «1» потока соответствует символ «+1» последовательности , а символу «0» потока соответствует символ «-1» последовательности . В Пм происходит перемножение знакопеременной последовательности и несущего колебания . В результате образуется DBPSK‑радиосигнал, то есть колебание с радиочастотой (Radio Frequency) и фазовой манипуляцией (рис. 1.1,е)

, (1.2)

причем соответствует значение фазы несущего колебания , а – значение фазы .

Для наглядности на рис. 1.1,е каждый временной интервал длительностью представлен одним периодом несущей частоты (на практике количество периодов в интервале гораздо больше).

Поскольку фаза DBPSK‑радиосигнала принимает только два значения ( или , рис. 1.1,ж), фазовая манипуляция называется бинарной (двоичной). Диаграмма положений вектора DBPSK‑радиосигнала приведена на рис. 1.1,з. На рис. 1.2,а,б показано представление радиосигнала вращающимся вектором соответственно при и .

Рис. 1.1. Структурная схема DBPSK‑передатчика (а);

цифровые потоки (б), (в), (г), (д); DBPSK‑радиосигнал (е);

фаза колебания несущей частоты на выходе DBPSK‑модулятора (ж);

сигнальное созвездие, т.е. возможные положения вектора DBPSK‑радиосигнала (з)

Рис. 1.2. Вектор , вращающийся с частотой , и радиосигнал при (а);

вектор , вращающийся с частотой , и радиосигнал при (б)

Поскольку КУ модулятора формирует последовательность , зависящую как от последовательности , так и от последовательности (см. формулу (1.1)), то фазовая манипуляция называется дифференциальной (относительной). Ниже показано, что принцип «дифференциальности» («относительности») позволяет устранить фазовую неоднозначность при приеме DBPSK-радиосигнала, которая может привести к получению неправильного цифрового потока – вместо «нулевых» битов будут приняты «единичные» биты, а вместо «единичных» – «нулевые» (этот эффект характеризуется термином «обратная работа»).

Несущее колебание при бинарной манипуляции имеет фазовые переходы (скачки) (см. рис. 1.1,е,ж). Такой «нефильтрованный» сигнал имеет огибающую с постоянной амплитудой. Однако на практике спектр радиосигнала ограничивается полосовым фильтром (ПФ, см. рис. 1.1,а) с целью уменьшения внеполосного излучения, которое может оказывать мешающее действие для соседних каналов связи. Для «фильтрованного» сигнала при смене фазы на происходит мгновенное изменение огибающей до нуля (рис. 1.3).

Для усиления такого сигнала при приеме необходим линейный режим работы радиотракта приемника (РТПР). Если для усиления DBPSK-радиосигнала использовать РТПР с двусторонним ограничением, то после скачка фазы появятся фазовые искажения радиосигнала, что недопустимо.

Рис. 1.3. Провал огибающей «фильтрованного» DBPSK‑радиосигнала в момент времени,

соответствующий скачку фазы на

Поскольку значение фазы DBPSK-радиосигнала определяет каждый бит исходного цифрового потока , то форма единичного элемента такого сигнала имеет вид прямоугольника с основанием . Если за ширину спектра ( ) DBPSK‑радиосигнала принять полосу частот между минимумами основного лепестка (в этой полосе сосредоточено примерно 95% мощности сигнала), то:

, (1.3)

где скорость цифрового потока.

Ширину спектра DBPSK-радиосигнала можно уменьшить в два раза, если сгладить прямоугольную форму импульсов цифрового потока , пропустив их через идеальный ФНЧ (ФНЧ на схеме рис. 1.1,а не показан) с прямоугольной АЧХ (АЧХ «кирпичная стена») и полосой Найквиста (рис. 1.4,а)

. (1.4)

Однако на практике такую характеристику получить невозможно. Поэтому в реальных условиях в сквозном канале обработки передатчик-приемник наиболее часто используют АЧХ в виде наклонно-симметричной функции «приподнятый косинус» (Raised Cosine, рис. 1.4,а).

Рис. 1.4. Прямоугольная АЧХ фильтра Найквиста и АЧХ в виде «приподнятого косинуса» (а);

формы импульсных откликов канала связи на единичный бит

при использовании фильтра Найквиста ( )

и фильтра с АЧХ в виде «приподнятого косинуса» при (б)

Функция характеризуется коэффициентом спада АЧХ (Roll-off-Factor). Параметр еще называют коэффициентом скругления (сглаживания) импульса, поскольку фронты прямоугольного импульса сглаживаются при его прохождении через сквозную АЧХ «приподнятый косинус», а «хвосты» импульсного отклика в моменты принятия решения в приемнике имеют значение, близкое к нулю, при любом значении , что минимизирует межсимвольную интерференцию (рис. 1.4,б).

Для получения сквозной АЧХ канала связи в виде формируют АЧХ полосы обработки в передатчике в виде корня квадратного из «приподнятого косинуса» ( ) и АЧХ полосы обработки в приемнике также в виде . Параметр скругления характеризует избыток полосы обработки относительно полосы Найквиста . При этом полоса обработки сквозного канала

, (1.5)

а ширину спектра DBPSK-радиосигнала рассчитывают по формуле:

. (1.6)

Чем меньше значение , тем меньше требуется полоса радиоканала. Однако использование малого значения требует сложных цифровых фильтров. Кроме того, при малом значении в решающем устройстве приемника отсчеты сигнала становятся в большей степени подвержены влиянию временного джиттера. При достигается максимальная помехоустойчивость канала связи.

Число уровней цифрового радиосигнала ( ) и число битов в одном символе ( ) связаны формулами:

; . (1.7)

DBPSK-радиосигнал является двухуровневым, поскольку один бит цифрового потока (единичный или нулевой) формирует соответствующий символ радиосигнала:

Несмотря на недостатки (необходимость линейного усиления и относительно широкая ширина спектра), BPSK-сигнал широко применяется на практике, например, в беспроводном мосте Wi-Fi BlueBox GW-AP54SG-Total, в спутниковых навигационных системах ГЛОНАСС, GPS и др.

Предыдущая12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая