Лекции по Теоретическим основам цифровой связи   

9. Компромиссы при использовании модуляции и кодирования

9.8.1. Передача сигналов с модуляцией QPSK и OQPSK

На рис. 9.10 показано разбиение типичного потока импульсов при модуляции QPSK. На рис. 9.10, а представлен исходный поток данных dk(t)=d0,d1,d2, ..., состоящий из биполярных импульсов, т.е. dk принимают значения +1 или -1, представляющие дво­ичную единицу и двоичный нуль. Этот поток импульсов разделяется на синфазный поток, dI(t), и квадратурный, dQ(t), как показано на рис. 9.10, б.

dI(t) = d0, d2, d4, ... (четные биты)

dQ(t) = d1, d3, d5, ... (нечетные биты)

Отметим, что скорости потоков dI(t) и dQ(t) равны половине скорости передачи потока dk(t). Удобную ортогональную реализацию сигнала QPSK, s(t), можно получить, ис­пользуя амплитудную модуляцию синфазного и квадратурного потоков на синусной и косинусной функциях от несущей.

              (9.44)

С помощью тригонометрических тождеств (Г.5) и (Г.6) уравнение (9.44) можно пред­ставить в следующем виде.

                                                            (9.45)

          

Рис.9.10. Модуляция QPSK

Модулятор QPSK, показанный на рис. 9.10, в, использует сумму синусоидального и косинусоидального слагаемых, тогда как аналогичное устройство, описанное в разде­ле 4.6, применяет разность таких слагаемых. Материл данного раздела представлен так, как это сделано в работе [17]. Поскольку когерентный приемник должен разре­шать любую неопределенность фазы, использование в передатчике иного формата фа­зы можно рассматривать как часть подобной неопределенности. Поток импульсов dI(t) используется для амплитудной модуляции (с амплитудой +1 или -1) косинусоиды. Это равноценно сдвигу фазы косинусоиды на 0 или ; следовательно, в результате получа­ем сигнал BPSK. Аналогично поток импульсов dQ(t) модулирует синусоиду, что дает сигнал BPSK, ортогональный предыдущему. При суммировании этих двух ортогог нальных компонентов несущей получается сигнал QPSK. Величина  будет соответ­ствовать одному из четырех возможных сочетаний dI(t) и dQ(t) в уравнении (9.44): = 0°, ±90° или 180°; результирующие векторы сигналов показаны в сигнальном пространстве на рис. 9.11. Так как cos() и sin() ортогональны, два сигнала BPSK можно обнаруживать раздельно.

Рис. 9.11. Сигнальное пространство для схем QPSK и OQPSK

Передачу сигналов OQPSK также можно представить формулами (9.44) и (9.45); различие между двумя схемами модуляции, QPSK и OQPSK, состоит толь­ко в ориентации двух модулированных сигналов. Как показано на рис. 9.10, дли­тельность каждого исходного импульса равна Т (рис.9.10, а); следовательно, в по­токах на рис. 9.10, б длительность каждого импульса равна 2T. В обычной QPSK потоки четных и нечетных импульсов передаются со скоростью 1/(2T) бит/с, при­чем они синхронизированы так, что их переходы совпадают, как показано на рис. 9.10, б. В OQPSK, которую иногда называют QPSK с разнесением (staggered QPSK — SQPSK), используется также разделение потока данных и ортогональная передача; разница в том, что потоки dI(t) и dQ(t) синхронизированы со сдвигом на Т. Этот сдвиг показан на рис. 9.12.

Рис. 9.12. Потоки данных при модуляции OQPSK

При стандартной QPSK из-за синхронизации dI(t) и dQ(t) за промежуток фаза несущей может изменяться только раз. В зависимости от значений dI(t) и dQ(t) в любом промежутке 2Т, фаза несущей на этом промежутке может принимать одно из че­тырех значений, показанных на рис. 9.11. В течение следующего интервала 2T фаза несущей остается такой же, если ни один из потоков не меняет знака. Если только один из потоков импульсов изменит знак, происходит сдвиг фазы на ±90°. Изменение знака у обоих потоков приводит к сдвигу фазы на 180°. На- рис. 9.13, а изображен ти­пичный сигнал QPSK для последовательности dI(t) и dQ(t), показанной на рис. 9.10.

Рис. 9.13. Сигналы: a) QPSK; 6) OQPSK. (Перепечатано с раз­решения автора из работы Pasupathy S. "Minimum Shift Keying: A Spectrally Efficient Modulation," IEEE Commun. Mag., July, 1979, Fig. 4, p. 17. © 1979, IEEE.)

Если сигнал, модулированный QPSK, подвергается фильтрации для уменьшения побочных максимумов спектра, результирующий сигнал больше не будет иметь по­стоянной огибающей и, фактически, случайный фазовый сдвиг на 180° вызовет мо­ментальное обращение огибающей в нуль (рис. 9.13, а). Если эти сигналы применя­ются в спутниковых каналах, где используются нелинейные усилители, постоянная огибающая будет восстанавливаться. Однако в то же время восстанавливаться будут и все нежелательные частотные боковые максимумы, которые могут интерферировать с сигналами соседних каналов и других систем связи.

При модуляции QPSK потоки импульсов dI(t) и dQ(t) разнесены и, следовательно, не могут одновременно изменить состояние. Несущая не может изменять фазу на 180°, поскольку за один раз переход может сделать только один из компонентов. За каждые Т секунд фаза может измениться только на 0° или ±90°. На рис. 9.13, б пока­зан типичный сигнал OQPSK для последовательности, представленной на рис. 9.12. Если сигнал OQPSK становится сигналом с ограниченной полосой, возникающая межсимвольная интерференция приводит к легкому спаду огибающей в области пере­ходов фазы на ±90°, но поскольку переходов на 180° при OQPSK нет, огибающая не обращается в нуль, как это происходит при QPSK. Если сигнал OQPSK с ограничен­ной полосой проходит через нелинейный транспондер, спад огибающей устраняется; в то же время высокочастотные компоненты, связанные с исчезновением огибающей, не усиливаются. Таким образом, отсутствует внеполосная интерференция [17].



*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.