17.7. Модуляция несущих колебаний в цифровых радиосистемах

В связи с развитием и широким внедрением цифровых радиоэлектронных систем, прежде всего – систем передачи данных – разработаны получили широкое распространение многие специфические методы модуляции. При создании современных методов модуляции в цифровых системах учитываются требования эффективного использования основных ресурсов систем – мощности сигналов и полосы частот – для обеспечения максимального качества передачи данных.

В современных системах передачи данных могут использоваться М-основные коды и, соответственно, многопозиционная модуляция. Но основность алфавита символов, которыми представляются дискретные сообщения, обычно выбирается кратной 2:М=2m.

Каждый символ из М-ичного алфавита модулирует один или несколько параметров гармонического колебания конечной длительности: амплитуду, частоту, фазу, время задержки. В некоторых случаях при многопозиционной модуляции производится предварительное преобразование (отображение) символовМ-ичного алфавита в одну из кодовых последовательностей со специальными свойствами, позволяющими после модуляции сформировать алфавит ортогональных, биортогональных, трансортогональных сигналов объемаМили сигнальных последовательностей конечной (или полубесконечной) длины с гарантированными дистанционными свойствами в сигнальном пространстве.

17.7.1. Многофазовая модуляция

При фазовой модуляции в соответствии с символами передаваемого сообщения изменяется фаза гармонического колебания, поэтому передаваемый сигнал можно записать в следующем виде:

.

Начальная фаза сигнала принимает одно, определенное для каждого символа модулирующего сообщения, значение. В результате передается последовательность сигналов с постоянной огибающей aи, соответственно, с постоянной энергиейE.

Геометрическая иллюстрация формируемого ансамбля ФМ сигналов представлена на рис.17.26. Здесь сигнальные точки, соответствующие концам вектора, отображающего модулированный сигнал, лежат на окружности. Радиус окружности определяется амплитудой сигналов.

Рис.17.26. Геометрическая иллюстрация ансамблей ФМ сигналов

Иногда двоичные символы, создаваемые источником дискретных сообщений, предварительно кодируются кодом Грея. Поэтому соседние сигнальные точки (фазы сигналов) отображают двоичные последовательности, отличающиеся одним двоичным символом. Это свойство очень важно при рассмотрении характеристик помехоустойчивости демодуляторов. Самой простой является схема демодулятора двухпозиционных сигналов (2ФМ), представленная на рис.17.26 а. Скачки фазы напроисходят в моменты изменения полярности модулирующего сигнала. Перемножение двух сигналов: модулирующего и несущей – эквивалентно балансной модуляции (БМ).

Модулятор сигналов 4ФМ рис. 17.26 бэквивалентен модулятору с квадратурной манипуляцией (КФМ): два смежных двоичных символа дискретного сообщения определяют одно из четырех возможных значений фазы несущей. Поэтому скорость манипуляции (скорость передачи сигналов) снижается вдвое. Модулированный сигнал можно рассматривать как сумму двух балансно-модулированных колебаний, сдвинутых по фазе на2, как на рис 17.27. Модулирующая последовательностьS(t) преобразователем кода разбивается на две: последователи четныхS₁(t) и нечетныхS₂(t) символов.

Подобным образом формируются и сигналы при других кратностях ФМ, когда преобразователь кодов формирует сигналы для управления амплитудами ортогональных колебаний cos_tиsin_tв соответствии с .

Рис. 17.27. Квадратурный модулятор, формирующий сигнал 4ФМ