Файл: Основные понятия и определения электросвязи.pdf

81 дальнейшем производится удвоение длительности импульсов в каждом потоке и преобразование их в биполярные. Четные биты d
I
поступают в I-канал, а нечетные d
Q
- в Q-канал.
u(t)
t
d
k
d
I
d
Q
t
t
t
1
-1
1
-1
1
-1
0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1
Рисунок 13.2 – К реализации квадратурной фазовой модуляции
Квадратурные составляющие I(t) и Q(t) (рисунки13.2в, г) подаются на входы двух модуляторов, на другие входы которых подаются высокочастотные несущие от генератора, на один непосредственно, а на другой через фазовращатель на π/2. Выходные сигналы модуляторов суммируются сумматором, на выходе которого получается фазоманипулированное колебание
QPSK.
Сигнальное созвездие QPSK-сигнала (рисунок 13.3а) состоит из четырех точек с координатами (+1, +1), (+1, –1), (–1, +1), (–1, –1) по осям I(t) и Q(t). Эти четыре точки соответствуют четырем возможным парам бит исходного цифрового сигнала и образуют совокупность всех его возможных состояний.
Каждой группе из двух битов соответствует фазовый угол, все фазовые углы отстоят друг от друга на 90°. Каждая сигнальная точка отстоит от оси I(t) и
Q(t) на 45°. Все точки созвездия расположены на единичной окружности.
Помимо рассмотренных двоичной и квадратурной фазовых манипуляций существуют фазоманипулированные сигналы более высокого порядка. К ним относятся ФМн-8 (8-PSK) и ФМн-16 (16-PSK), рисунки 12.3б и
13.3в. входная последовательность бит кодирующая последовательность последовательность
I -канала последовательность
Q -канала а) б) в) г)

82
Q
I
11
(45
0
)
01
(135
0
)
10
(-45
0
)
00
(-135
0
)
I
110
111
101
100
000
001
011
010
Q
I
Q
Рисунок 13.3 – Сигнальное созвездие для QPSK (а), 8-PSK (б), 16-PSK (в)
Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ; английский термин –
Quadrature Amplitude Modulation, QAM)представляет собой разновидность
Многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции.
Передаваемый сигнал кодируется одновременными изменениями амплитуды синфазной (I) и квадратурной (Q) компонент несущего гармонического колебания, которые сдвинуты по фазе друг относительно друга на π/2 радиана. Результирующий сигнал Z формируется при суммировании этих колебаний. Таким образом, QAM -модулированный дискретный сигнал может быть представлен соотношением
???? ???? = ???? ???? cos(2????????
????
????) + Q(t)sin(2????????
????
????).
Окончания векторов модулированного колебания образуют прямоугольную сетку на фазовой плоскости действительной - Re{Z} и мнимой составляющей вектора модулированного сигнала - Im{Z}. Число узлов этой сетки определяется типом используемого алгоритма QAM. Схему расположения узлов на фазовой плоскости модулированного QAM колебания принято называть созвездием (constellation ).
Для указания типа QAM принята следующая схема обозначения:
QAM

<число>. ―Число‖ обычно представляет собой значение вида 2
N
и соответствует количеству узлов на фазовой сетке, а также максимальному количеству различных значений вектора модулированного сигнала.
На рисунке 13.4 приведена упрощенная структурная схема формирователя
QAM-модулированного сигнала.
На первом этапе преобразования последовательность битов D{d
0
, d
1
, … d k
}, которая поступает от источника сигнала, преобразуется в последовательность двумерных модуляционных символов M{m
0
, m
1
, … m j
}. Число битов в этом символе равно значению N (для QAM-16 N=log
2 16=4).
Формирователь кодовых символов преобразует двумерный кодовый символ m j
в пару кодовых символов a j
и b j
. Для алгоритма QAM-16 допустимые значения a j
и b j
принадлежат множеству {1, 3, -1, -3} и определяют а) б) в)

83 соответственно значения реальной и мнимой координаты вектора модулированного колебания.
Сформированные значения А{a j
}
и B{b j
} используются для амплитудной модуляции синфазной I(t) и квадратурной Q(t) составляющих несущего колебания. На последнем этапе преобразования выполняется суммирование этих колебаний и формирование результирующего сигнала Z. фомирователь кодовых символов модулятор cos(2πf c
t)
модулятор sin(2πf c
t)
D
B
Z
последовательно- параллельный преобразователь
+
M
A
I
Q
Рисунок 13.4 - Структурная схема формирователя QAM сигнала
На рисунке
13.5а представлено расположение векторов модулированного колебания - созвездие для QAM-16, отмечены значения модуляционных символов, которым соответствуют указанные точки на фазовой плоскости модулированного колебания {m
3
, m
2
, m
1
, m
0
}. Для сигнала QAM-
16 пара {m
3
, m
2
} определяет номер квадранта фазовой плоскости или знаки реальной и мнимой координаты вектора модулированного колебания
(таблица 13.1).
Таблица 13.1 – Определение номера квадранта созвездия
Модуляционные символы
Координаты вектора QAM-16
Номер квадранта m
3
(первый) m
2
(второй)
Re{Z}
Im{Z}
0 0
1 1
1 1
0 1
-1 2
0 1
-1 1
3 1
1
-1
-1 4
Третий и четвертый модуляционные символы {m
1
, m
0
} определяют значения амплитуды реальной и мнимой координаты вектора модулированного колебания соответственно. В таблице 13.2 представлены значения кодовых символов a j
и b j
, которые соответствуют значениям младших разрядов модуляционного символа {m
1
, m
0
}.

84
Таблица 13.2 – Соответствие между модуляционными и кодовыми символами
Преобразование модуляционных символов в кодовые символы выполняется с применением алгоритмов Грея для помехоустойчивого кодирования данных: векторам модулированного колебания, которые находятся близко один от другого на фазовой плоскости, ставятся в соответствие значения кодовых символов, которые отличаются значениями только одного бита. В качестве примера могут быть рассмотрены два вектора Z
= 1 + j и Z = 1 + 3j, которым соответствуют кодовые символы {0, 0} и {0, 1}.
Q
I
0000
1
3
-1
-3
1
3
-1
-3
0010
0011
0001
0101
0111
0110
0100
1000
1010
1011
1001
1110
1100
1101
1111
Q
I
00110
00010
00100
00101
00000
00001 00011
00111
В настоящее время наибольшее распространение получили несколько вариантов QAM: QAM-4, который кодирует информационный сигнал изменением фазы несущего колебания с шагом π/2 и имеет также название
QPSK. Распространены также алгоритмы QAM-16, 32 (рисунок 13.4б), 64, 128 и 256.
Сигнал квадратурной амплитудной модуляции обладает следующими важными свойствами:
- ширина спектра QAM модулированного колебания не превышает ширину спектра модулирующего сигнала;
Модуляционные символы
Кодовые символы QAM-16 m
1
(третий) m
0
(четвертый) a
j b
j
0 0
1 1
0 1
1 3
1 0
3 1
1 1
3 3 а) б)

85
- положение спектра QAM модулированного колебания в частотной области определяется номиналом частоты несущего колебания.
Конкретная реализация сигнала QAM определяет значения следующих параметров:
- размерность модуляционного символа N (log
2
количества точек созвездия), [бит];
- значение символьной скорости f
Symbol
, Кбод/с;
- центральная частота спектра (central rate f c
).
Значение информационной скорости V - скорости передачи данных для сигнала QAM определяется соотношением: V = N ∙ f
Symbol
Контрольные вопросы:
1. Что такое квадратурное представление сигнала?
2. Какие блоки входят в структурную схему квадратурного ФМ модулятора?
3. На какие потоки разбивается кодирующий поток d k
?
4. Как выглядит сигнальное созвездие QPSK-сигнала, 8-PSK, 16-PSK?
5. Как кодируется передаваемый сигнал при использовании квадратурной амплитудной модуляции?
6. Что входит в структурную схему формирователя QAM-модулированного сигнала?
7. Как формируется созвездие для QAM-16?
8. Перечислите основные свойства сигнала квадратурной амплитудной модуляции.