55.6. МОДУЛЯЦИЯ



THIS SECTION IS UNDER CONSTRUCTION




Несущая частота (Carrier) Руки в масле, ноги в мыле, Мы тут carrier ловили. Скорость передачи данных = бит/сек (bps) Скорость модуляции - частота изменения сигнала в секунду - бод (baud) Цифровая модуляция / \ с постоянным с непостоянным конвертом конвертом (constant envelope) (nonconstant envelope) / | \ | | FSK PSK CPM ASK QAM / \ | \ BFSK MFSK | \ | | \ BPSK ---+---- MPSK SHPM | | / \ QPSK GMSK LREC / \ | | OQPSK PI/4-QPSK CPFSK | | | + - - - - - - - - - - \ | + - - - - - - - - - - - - - - - - MSK


Типы модуляции:






Амплитудная модуляция

Амплитудная ASK (Amplitude-shift keying) s(t) = | A cos(2 * PI * Fc * t) if 1 | 0 if 0 B = (1 + r) * R Пример ASK:


Частотная модуляция

Частотная FSK (Frequency-shift keying) s(t) = | A cos(2 * PI * (Fc - m) * t) if 1 | A cos(2 * PI * (Fc + m) * t) if 0 если бит в боде > 1, то используется большее число частот [MFSK (MultiFrequency-shift keying) B = 2 * M + (1 + r) * R Пример FSK:

Пример 4FSK (используются 4 частоты):


Фазовая модуляция

Фазовая (PSK - Phase-shift keying) BPSK (Binary Phase-shift keying) используются 2 фазы (поэтому Binary) [амплитуда всего одна] кодируется 1 бит s(t) = | A cos(2 * PI * Fc * t) if 1 | - A cos(2 * PI * Fc * t) if 0 Пример PSK:

Квадратурная диаграмма для BPSK:

Eye Diagram для BPSK (теоретическая):

Eye Diagram для BPSK (реальная):

Пример несущей для BPSK:

Реально мерить абсолютную фазу неудобно, поэтому часто мерят только сдвиг фазы DPSK (Differentica PSK)

0 = фаза не меняется 1 = фаза меняется


QPSK (Quadrature phase-shift keying) используются 4 фазы (поэтому Quadrature) [амплитуда всего одна] кодируется 2 бита Оригинальная QPSK: s(t) = | A cos(2 * PI * Fc * t) if 11 | A cos(2 * PI * Fc * t + PI/2) if 10 | A cos(2 * PI * Fc * t + PI) if 00 | A cos(2 * PI * Fc * t + 3PI/2) if 01 Квадратурная диаграмма для QPSK:



Квадратурная диаграмма с посылаемыми сигналами:

Реальная квадратурная диаграмма при приеме:

QI данные при передаче:

Несущая QPSK для данных выше:

Типы QPSK:


PI/4-DQPSK: (фаза меняется всегда, но никогда на 180 градусов):




OQPSK (Offset QPSK) используются четыре фазы [амплитуда всего одна] Сдвиг фазы возможен только на PI/2. Потому что биты в I и Q изменяются не одновременно, а со сдвигом T/2 относительно друг друга Сравнение QPSK и OQPSK:



Сравнение несущих QPSK и OQPSK:


8PSK (8 phase-shift keying) используется 8 фаз [амплитуда всего одна] кодируется 3 бита Квадратурная диаграмма для 8PSK:



QI данные при передаче 8PSK:

Несущая для 8PSK:


Дальнейшее повышение количества фаз нецелесообразно т.к. они начинают находится слишком близко друг к другу. Сравнение разных модуляций на 16 точек (смотрите плотность):



B = [ (1+r) / L) ] * R B - ширина полосы пропускания R - скорость передачи данных (бит/сек) L - число битов в сигнальной посылке r - коэффициент связанный с фильтрацией стгнала (0 < r < 1) D = R / L


MSK


THIS SECTION IS UNDER CONSTRUCTION


MSK (Minimal Shift Keying)

QI данные при MSK модуляции:

Несущая в MSK модуляции:

Сравнение спектра MSK и FSK:


GMSK

GMSK (Gaussian Minimal Shift Keying) в PSK происходит резкий скачок фазы - это плохо если у нас малая полоса пропускания (как в GSM). Используются не синусоиды, а пики Гаусса. Поэтому в GMSK фаза меняется не скачком, а плавно в течении всего периода действия 0 или 1.

QI данные в GMSK модуляции:

Несущая в GMSK модуляции:


Модуляция со скачком частоты

Со скачком частоты MFSK (Multi-Frequency shift keying) s(t) = A cos(2 * PI * Fi(t) * t) Fi - соответствующая частота на которой идет передача в соответсвующий момент времени.


QAM

QAM (Quadrature-Amplitude Modulation) Основа QAM модуляций: Мы передаем сигнал как вектор (амплитуда и смещение фазы относительно несущей)


QAM8 модуляция: Сигнальная звезда QAM8:



Пример несущей QAM8:


QAM16 модуляция:



Пример квадратурной диаграммы для QAM16:

Квадратурная диаграмма для QAM16 c величинами амплитуд:

Как QAM16 реализуется: (сумма двух QPSK c разными амплитудами)

Сравнение QAM16 и QPSK:


QAM32 Квадратурная диаграмма для QAM32:




Существуют и более старшие QAM, но они используются редко, т.к. точки становятся слишком близко друг к другу.


Trellis кодирование

Trellis кодирование (TCM) - решетчатое кодирование. Когда у нас большой QAM то точки в пространстве состояний становятся ближе друг к другу (вероятность ошибки выше).

Чтобы понизить количество ошибок применяют решетчетое (кодирование) Искуственно снижают количество состояний куда можно придти вводя избыточность (и как следствие из нее возникает дистанция между точками). Для реализации этой избыточности аппаратно вводят схемы свертки. Результат свертки зависит от текущих и предидущих данных. Пример свертки 2 бита в 3:

Дистанция для TCM:

Кодер для TCM:

Решетка Витерби:


Рассмотрим для примера V.32 на 9600 бит/сек. V.32 сигнальная звезда (квадратурная диаграмма):



Таблица для разностного кодирования (свертки) V.32: ------------------------------------------ Вход Выходные биты Информация Предыдущие Новые ------------------------------------------ 00 00 00 00 01 01 00 10 10 00 11 11 01 00 01 01 01 00 01 10 11 01 11 10 10 00 10 10 01 11 10 10 01 10 11 00 11 00 11 11 01 10 11 10 00 11 11 01 ------------------------------------------ Схема свертки для V.32 9600:

Кодер для V.32 9600:

Координаты сигнальных точек V.32 9600bps: ------------------------------- Y0Y1Y2Q3Q4 Real Im ------------------------------- 00000 -4 1 00001 0 -3 00010 0 1 00011 4 1 00100 4 -1 00101 0 3 00110 0 -1 00111 -4 -1 01000 -2 3 01001 -2 -1 01010 2 3 01011 2 -1 01100 2 -3 01101 2 1 01110 -2 -3 01111 -2 1 10000 -3 -2 10001 1 -2 10010 -3 2 10011 1 2 10100 3 2 10101 -1 2 10110 1 -2 10111 -3 -2 11000 1 4 11001 -3 0 11010 1 0 11011 1 -4 11100 -1 -4 11101 3 0 11110 -1 0 11111 -1 4 ------------------------------- Сигнальная звезда V.32:

Различные звезды модуляции:


Характеристики

SNR для модуляций:

Влияние кодирования на TCM:

В реальных модемах используются разные модуляции на разных частотах Это связано с тем что у концов полосы пропускания падает SNR.


Index Prev Next