17.7.2. Амплитудно-фазовая модуляция
Следует также отметить, что при больших значениях М за увеличение объема передаваемого сообщения на 1 бит при заданной вероятности ошибки приходится расплачиваться увеличением требуемого отношения сигнал/шум. Лучшие результаты при том же самом значении спектральной эффективности можно получить, если для передачи символов сообщения модулировать сразу два параметра: амплитуду и фазу. В этом случае сигнальные точки будут размещаться в двумерном сигнальном пространстве более рационально, поэтому увеличение спектральной эффективности не будет сопровождаться резким уменьшением минимального расстояния между сигналами. Это условие снимает ограничения на то, чтобы сигнальные точки располагались только на прямой линии, как при АМ, либо только на окружности, как при ФМ.
В общем виде при манипуляции прямоугольным колебанием сигнал с амплитудно-фазовой модуляцией может быть представлен как
,
т. е состоит из двух квадратурных несущих, модулированных по амплитуде многоуровневыми последовательностями импульсов. Такой вид модуляции принято называть комбинированной амплитудно-фазовой модуляцией (АМ-ФМ). Геометрически сигналы с этим видом модуляции могут быть представлены в виде двумерного сигнального созвездия точек в двумерном пространстве сигналов, как на рис. 17.28.
Рис.17.28. Сигнальные созвездия при амплитудно-фазовой манипуляции колебанием прямоугольной формы
Следует подчеркнуть, что энергетический выигрыш, обеспечиваемый АМ-ФМ сигналами по сравнению с ФМ сигналами возрастает с увеличением М. Поэтому было затрачено много усилий, направленных на поиски наилучших конфигураций сигнальных созвездий. Однако с точки зрения простоты технической реализации устройств модуляции и демодуляции наибольшей интерес представляют сигнальные созвездия прямоугольной конфигурации, изображенные на рис.17.28. Они образуются путем сложения двух квадратурных несущих, модулированных по амплитуде многоуровневыми последовательностями импульсов. Структурная схема модулятора сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ) изображена на рис.17.29.
Рис.17.29. Структурная схема АМ-ФМ модулятора
17.7.3. Многопозиционнаячастотная манипуляция
При многопозиционной частотной модуляции (МЧМ) последовательность двоичных символов источника сообщений отображается в сдвиг частоты несущей сигнала. Последовательность, содержащая kтаких сигналов, может быть представлена в виде:
,
где Si– случайная многоуровневая последовательность символов сообщения, принимающая значения из множестваM;– расстояние между соседними частотными позициями;а– постоянная амплитуда сигнала.
Таким образом, при фиксированной энергии евклидово расстояние между сигналами в сигнальном пространстве полностью определяется нормированным частотным разносом.
Как показано на рис.27.30, для формирования ЧМ сигналов может быть использован синтезатор частот, управляемый многоразрядными числами, подаваемыми с регистра управления.
Рис.17.30. Формирование сигнала с многопозиционной частотной манипуляцией
Синтезатор может быть организован как набор из М генераторов гармонических сигналов, настроенных на соответствующие частоты и подключаемых к выходу схемы с помощью коммутатора. Главным недостатком такой схемы формирования является большой уровень внеполосных излучений, вызванных "разрывами" фазы в моменты коммутации. Другая возможность формирования ЧМ сигналов заключается в непосредственной модуляции одного управляемого по частоте генератора многоуровневой последовательностью модулирующих импульсов. В этом случае формируются ЧМ сигналы с непрерывной фазой (НФЧМ сигналы). Такие сигналы обладают более компактным спектром.
Множество ЧМ сигналов образует ансамбль
ортогональных сигналов, если действительная
часть коэффициентов взаимной корреляции
равна нулю. Это условие выполняется,
если частотный разнос между соседними
сигналами удовлетворяет соотношению
,
гдеТ– длительность передачи
каждогоМ-ичного символа.