1 Raqamli fazali modulyatsiyani qanday demodulyatsiya qilish kerak

Mavzu: Faza modulyatsiyasi (FM)
Reja:

1 Raqamli fazali modulyatsiyani qanday demodulyatsiya qilish kerak

2. Modulyatsiya va demodulyatsiya o'rtasidagi farq.


Radiochastota demodulyatsiyasi
Bir fazali kalit to'lqin shaklidan asl raqamli ma'lumotlarni qanday chiqarishni bilib oling.

Oldingi ikki sahifada (raqamli bo'lmagan) biz ovoz kabi analog ma'lumotlarni olib yuruvchi AM va FM signallarining demodulyatsiyasini amalga oshirish tizimlarini muhokama qildik. Endi biz modulyatsiyaning uchinchi umumiy turi, ya'ni fazali modulyatsiya bilan kodlangan asl ma'lumotlarni qanday tiklashni ko'rib chiqishga tayyormiz.

Biroq, raqamli fazali modulyatsiya juda keng tarqalgan bo'lsa-da, analog fazali modulyatsiya juda keng tarqalgan emas. Shunday qilib, raqamli chastotali aloqa kontekstida PM demodulyatsiyasini tekshirish mantiqiyroq. Biz ushbu mavzuni ikki fazali almashtirish tugmasi (BPSK) yordamida o'rganamiz; Biroq, kvadrat fazali kalit (QPSK) zamonaviy simsiz tizimlar uchun ko'proq mos kelishini bilish yaxshi.

Nomidan ko'rinib turibdiki, ikkilik fazalar ketma-ketligi bir fazani ikkilik 0 ga va boshqa fazani ikkilik 1 ga belgilash orqali raqamli ma'lumotlarni ifodalaydi. Demodulyatsiyaning aniqligini optimallashtirish uchun ikki faza 180 ° ga ajratiladi - belgilarni ochish uchun, bu ikki faza qiymatlari o'rtasidagi keyingi ajratish ishini yanada soddalashtiradi.

Ko'paytirish va birlashtirish va sinxronlash
BPSK demodulyatori asosan ikkita funksional blokdan iborat: multiplikator va integrator. Ushbu ikkita komponent asl ikkilik ma'lumotlarga mos keladigan signalni ishlab chiqaradi. Shu bilan birga, sinxronizatsiya sxemasi ham kerak, chunki qabul qiluvchi bit davrlari orasidagi chegarani aniqlay olishi kerak. Bu analog demodulyatsiya va raqamli demodulyatsiya o'rtasidagi muhim farq, shuning uchun batafsilroq ko'rib chiqamiz.

Ushbu diagramma chastota o'zgaruvchanligiga asoslangan signalni ko'rsatadixuddi shu kontseptsiya raqamli fazali modulyatsiya va raqamli amplituda modulyatsiyasiga nisbatan qo'llaniladi.

Analog demodulyatsiyada signalning boshlanishi yoki oxiri bo'lmaydi. Ovozli signal chiqaradigan, ya'ni musiqaga qarab doimo o'zgarib turadigan signalni chiqaradigan FM uzatgichni tasavvur qiling. Endi birinchi bo'lib ulangan FM qabul qilgichni tasavvur qiling. 

Foydalanuvchi istalgan vaqtda qabul qilgichni kuchaytirishi mumkin va demodulyatsiya davri modulyatsiyalangan tashuvchidan audio signalni chiqarishni boshlaydi. Chiqish signali kuchaytirilishi va karnayga yuborilishi mumkin va musiqa normal eshitiladi. 

Ovozli signal qo'shiqning boshlanishi yoki oxirini ko'rsatsa yoki demodulyatsiya sxemasi hodisaning boshida yoki zarba boshida yoki ikki zarba o'rtasida bo'lsa, qabul qiluvchining hech qanday fikri yo'q. Farqi yo'q; Har bir lahzali kuchlanish qiymati tovush signalidagi aniq manbaga to'g'ri keladi va bu lahzali qiymatlarning barchasi ketma-ket sodir bo'lganda ovoz qayta tiklanadi.

Raqamli modulyatsiya bilan vaziyat butunlay boshqacha. Biz bir lahzali amplitudalar bilan emas, balki diskret ma'lumot qismini, ya'ni raqamni (bir yoki nol) ifodalovchi amplitudalar ketma-ketligi bilan shug'ullanamiz. 

Har bir amplitudalar ketma-ketligi (belgi deb ataladi va uning davomiyligi bir bit siklga teng) oldingi va keyingi ketma-ketliklardan farq qilishi kerak: Agar tarqatuvchi (yuqoridagi misoldan) raqamli modulyatsiyani ishlatsa, vaqtning tasodifiy nuqtasi bilan nima sodir bo'ladi. qabul qiluvchi ishlay boshladi va demodulyatsiya qildi? 

Eng yaxshi holatda, agar qabul qiluvchi belgining o'rtasida demodulyatsiyani boshlasa, u belgining yarmini va pastdagi belgining yarmini izohlashga harakat qiladi. Bu, albatta, xatolarga olib keladi; mantiqiy-nol belgisidan keyingi mantiqiy-nol belgisi bitta yoki nol sifatida talqin qilinishi uchun teng imkoniyatga ega bo'ladi.

Shubhasiz, sinxronizatsiya har qanday raqamli RF tizimida ustuvor bo'lishi kerak. Sinxronizatsiya qilishning oddiy yondashuvi har bir paketdan oldin muqobil nol belgilar va bitta belgidan iborat (yuqoridagi diagrammada bo'lgani kabi) oldindan belgilangan "o'quv ketma-ketligi" dan iborat. Qabul qiluvchi ushbu noldan nolga o'tishlardan belgilar orasidagi vaqtinchalik chegarani aniqlash uchun foydalanishi mumkin va keyin paketdagi qolgan belgilar tizimning oldindan belgilangan belgilar davomiyligini qo'llash orqali to'g'ri talqin qilinishi mumkin.

Ta'sirning ta'siri
Yuqorida aytib o'tilganidek, PSK demodulyatsiyaning asosiy bosqichidir. Aniqroq aytganda, biz kiruvchi BPSK signalini tashuvchi chastotasiga teng chastotali signal bilan oshiramiz. Natija qanday? Keling, matematikani ko'rib chiqaylik; Birinchidan, mahsulot ikkita sinus funktsiyasini belgilaydi:

Agar biz ushbu umumiy sinus funktsiyalarini bitta chastotali va bitta fazali signalga aylantirsak, bizda quyidagilar mavjud.

Bizda soddalashtirilgan:

Shunday qilib, biz bir xil chastotali, lekin boshqa fazali ikkita sinusoidni ko'paytirsak, ofset ikki chastotali sinusoid va ikki faza o'rtasidagi farqga bog'liq. 
Ofset kaliti: Qabul qilingan signalning fazasi mos yozuvlar signalining fazasiga teng bo'lsa, bizda cos (1 °) 0 ga teng, agar qabul qilingan signalning fazasi fazadan 180 ° farq qilsa, bizda mos yozuvlar signali, cos (180 °), bu -1. Shunday qilib, multiplikatorning chiqishi ikkilik qiymatlardan biri uchun ijobiy DC ofset va boshqa ikkilik qiymat uchun salbiy DC ofset bo'ladi. Ushbu ofset har bir belgini nol yoki bitta deb izohlash uchun ishlatilishi mumkin.

Simulyatsiyani tasdiqlash
Quyidagi BPSK modulyatsiya va demodulyatsiya sxemasi LTspice-da BPSK signalini qanday yaratishingiz mumkinligini ko'rsatadi:

Ikkita sinus manbalari (bir faza = 0 °, bir faza = 180 °) ikkita kuchlanishni boshqarish kalitiga ulangan. Ikkala kalit ham bir xil kvadrat to'lqinli boshqaruv signaliga ega va yoqish va o'chirish rezistorlari boshqalar yopilganda ochiq bo'lishi uchun o'rnatiladi. Ikki kalitning "chiqish" terminallari bir-biriga ulangan va op-amp natijada olingan signalni uradi:

Keyinchalik, bizda BPSK to'lqin shaklining chastotasiga teng chastotali sinusoid (V4) mavjud va keyin biz BPSK signalini mos yozuvlar signali bilan kuchaytirish uchun o'zboshimchalik bilan harakatlanuvchi kuchlanish manbasidan foydalanamiz. Mana natija:

Ko'rib turganingizdek, demodulativ signal qabul qilingan signalning chastotasini ikki baravar oshiradi va belgining har bir bosqichi uchun ijobiy yoki salbiy DC o'zgarishiga ega. Shundan so'ng, agar biz ushbu signalni har bir bit aylanishiga ulasak, biz dastlabki ma'lumotlarga mos keladigan raqamli signalga ega bo'lamiz.

Kogerent fiksatsiya
Ushbu misolda qabul qiluvchining mos yozuvlar signalining fazasi kirish modulyatsiyalangan signalning fazasi bilan sinxronlashtiriladi. Bu simulyatsiya yordamida osonlik bilan amalga oshiriladi; real hayotda juda qiyin. Bunga qo'shimcha ravishda, ushbu sahifada "Differensial kodlash" bo'limida muhokama qilinganidek, normal fazali kalitni uzatuvchi va qabul qiluvchi o'rtasidagi kutilmagan fazalar farqiga duchor bo'lgan tizimlarda ishlatib bo'lmaydi. 
Masalan, qabul qiluvchining mos yozuvlar signali uzatuvchining tashuvchisi bilan fazadan 90 ° ga chiqqanda, mos yozuvlar va BPSK signallari o'rtasidagi fazalar farqi har doim 90 °, cos (90 °) esa 0 ga teng. Shunday qilib, DC ofset yo'qoladi va tizim to'liq ishlamaydi.

Buni V4 manba fazasini 90 ° ga o'zgartirish orqali tasdiqlash mumkin; Mana natija: