Лекция 10 Виды цифровой модуляции в мобильной связи, в цифровом телевидении и системах спутниковой связи

Сигнальное созвездие для QAM-16

Как уже отмечалось, совокупность бит, соответствующих какому-либо сигналу q_i называется сигнальным созвездием. Иными словами, сигнальное созвездие – это представление манипулированных радиосигналов на комплексной плоскости.

Как видно из сигнального созвездия для каждых четырёх битов то есть квадробита, соответствует определённые значения :

I – синфазной и Q – квадратурной составляющих модулирующего сигнала.
Например для квадробита 1100

I = + 1; Q = +3

Таблица соответствия между входными квадробитами и значениями I-синфазной и Q-квадратурной составляющих модулирующего сигнала

№	Квадробиты	I	Q	К	θ , град
1	0000	-3	3	4,243	-45
2	0001	-3	1	3,162	-18,43
3	0010	-3	-3	4,243	45
4	0011	-3	-1	3,162	18,43
5	0100	-1	3	3,162	-71,56
6	0101	-1	1	1,414	-45
7	0110	-1	-3	3,162	71,56
8	0111	-1	-1	1,414	45
9	1000	3	3	4,243	45
10	1001	3	1	3,162	18,43
11	1010	3	-3	4,243	-45
12	1011	3	1	3,162	18,43
13	1100	1	3	3,162	71,56
14	1101	1	1	1,414	45
15	1110	1	-3	3,162	-71,56
16	1111	1	-1	3,162	-45

Структурная схема модулятора QAM-16

Несколько усложняя схему модулятора можно получить сигналы с КАМ-32, КАМ-64 и более, повышая таким образом скорость передачи информации в 4, 5 и больше раз.

X(t) – цифровые сообщения

dk(t) – сигнал на выходе ЛК
I(t) – модулирующий сигнал в синфазном канале
Q(t) – модулирующий сигнал в квадратурном канале
SQAM(t) – полученный на выходе сумматора QAM сигнал


ВРЕМЕННАЯ ДИАГРАММА BPSK СИГНАЛА

Основная особенность BPSK сигнала состоит в том, что его текущая фаза имеет разрывы в моменты изменения полярности модулирующего сигнала.

Эти «скачки» фазы на 180º являются основной причиной того, что спектральная плотность мощности BPSK сигнала в радиоканале оказывается существенно отличной от нуля в недопустимо широкой полосе частот и по форме совпадает со спектром модулирующего прямоугольного сигнала. Таким образом, в отношении расходования частотного ресурса BPSK сигнал является чрезвычайно неэффективным. По этой причине BPSK сигнал не применяется в цифровой мобильной связи.
Вместо него в цифровой мобильной связи используется более спектрально эффективный метод модуляции QPSK (квадратурно-фазовая модуляция), который в 2 раза экономнее BPSK в отношении использования частотного ресурса.


СТРУКТУРНАЯ СХЕМА QPSK МОДУЛЯТОРА




Частотная модуляция минимального фазового сдвига MSK

Скачки фазы обусловливают достаточно медленный спад лепестков спектральной плотности за пределами основного лепестка. Это приводит к тому, что значительная увеличивается ширина спектра сигнала и значительная часть мощности передатчика расходуется на внеполосные излучения, т.е. на создание непреднамеренных помех для других средств радиосвязи.

Для ослабления уровня внеполосных излучений следует перейти к методам модуляции без разрыва фазы, оставаясь в то же время в рамках систем с угловой модуляцией. Альтернативой фазовой модуляции является частотная манипуляция без разрыва фазы (continuous phase frequency shift keying).
Как уже отмечалось, частотно-манипулированный сигнал можно рассматривать как радиосигнал, частота которого может принимать два значения:
В системах с ЧМ-2 можно использовать два ортогональных сигнала. Однако не любые два колебания с отличающимися частотами являются ортогональными.