Квадратурная фазовая манипуляция
При квадратурной фазовой манипуляции (англ. QPSK - quadrature phase shift keying) модуляция строится на основе кодирования двух бит передаваемой информации одной фазе высокочастотного колебания. На рис.3.9 показана данная процедура.
Рис. 3.9 К понятию квадратурной фазовой манипуляции (QPSK)
Каждой паре информационных импульсов соответствует своя фаза высокочастотного колебания: 00 - 45º; 01 - 135º; 10 - 225º; 11 - 315º. Аналогично предыдущему, для передачи трехбитового слова (000, 001, 010 и т.д.) нужно применить восемь значений фаз, для четырехбитового слова (0000,0001,0010 и т.д.) - 16 значений фазовых углов.
А теперь, в качестве обобщения по рассмотренным способам манипуляции, решим следующую задачу.
Имеется канал связи, полоса пропускания которого 200 кГц (спутниковые системы связи VSAT и Инмарсат BGAN (§5.22)).
Требуется определить возможную скорость передачи информации по такому каналу для АМн, ЧМн и ФМн сигналов. Ширину спектров сигналов принять на уровне 1/τ.
Решение:
Для АМн сигнала. Ширина спектра сигнала должна быть 200 кГц (влево-вправо от несущей частоты по 100 кГц), в пределах которой помещается две спектральные линии частоты следования Fc (рис. 3.4). Длительность импульса τ = 1/100·10-3 = 10 мкс. Скорость передачи информации составит 1/10 мкс = 100 000 импульсов в секунду или
100 кбит/с.
Для ЧМн сигнала (рис. 3.6). В пределах ширины спектра 200 кГц должно поместиться четыре спектральные линии частоты следования Fc и частотный сдвиг Δf. Примем значение Δf равным восьми спектральным линиям частоты следования Fc . Тогда, в соответствии с (3.3):
Δ F ЧМ = 2k · Fc + 2· Δf m = 2·2· Fc + 2·8· Fc = 200 кГц;
Fc·(4 + 16) = 200; Fc = 10 кГц.
В пределах ширины спектра на уровне 1/τ помещается две спектральные линии частоты следования Fc .
Длительность импульса τ = 1/2Fc = 50 мкс. Скорость передачи информации составит 1/50 мкс = 20 000 импульсов в секунду или 20 кбит/с.
Для ФМн сигнала (рис. 3.8) скорость передачи информации такая же, как и для АМн сигнала, т.е. 100 кбит/с.
Если применить 4-х позиционную частотную или фазовую манипуляции, то скорость передачи информации составит, соответственно, для ЧМн – 40 кбит/с и ФМн (QPSK) – 200 кбит/с.
3.4 Структурная схема радиоканала с ИКМ
Структурная схема передающего и приемного устройств радиоканала с ИКМ приведена на рис. 3.10.
Рис. 3.10 Структурная схема радиоканала с ИКМ
В состав передающего устройства входит:
– амплитудно-импульсный модулятор АИМ, осуществляющий временную дискретизацию аналогового сигнала в соответствии с последовательностью импульсов, формируемых генератором импульсов ГИ;
– квантователь Кв., осуществляющий квантование амплитудно-модулированных импульсов по уровню;
– кодер К для преобразования импульсов в цифровой код;
– модем (модулятор М и генератор высокой частоты ГВЧ), осуществляющий преобразование цифрового кода в высокочастотный сигнал (рис. 3.11). В зависимости от способа модуляции, на выходе модема образуются ФМн или ЧМн сигналы, которые после усиления по мощности в усилителе УМ поступают на антенну.
Рис. 3.11 Временные диаграммы работы модема
В приемном устройстве производятся преобразования, обратные преобразованиям передающего устройства. В демодуляторе ДМ приемного модема, принятые колебания сравниваются по фазе или частоте с опорными колебаниями от генератора ГВЧ. На выходе модема образуется цифровой код, который преобразуется в декодере ДК в последовательность импульсов. Амплитуда импульсов должна соответствовать квантованным значениям импульсов передающего устройства. С помощью фильтра низкой частоты ФНЧ производится выделение речевого сигнала, который после усиления в УНЧ будет прослушиваться в динамике.
Примечание: устройство квантования и кодер именуют иногда аналого-цифровым преобразователем (АЦП), а декодер и фильтр ФНЧ приемного устройства – цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП).
3.5 Радиоканалы передачи данных в авиационной подвижной службе ( AMS )