Прием фазоманипулированных сигналов. Демодулятор ОФМ-сигналов. Формирователь опорного напряжения.

ФМ используется в основном для передачи цифровых сигналов. При передаче цифровых сигналов фаза сигнала принимает фиксированные значения, часто говорят о фазовой манипуляции, а не модуляции. Рассмотрим двоичные фазоманипулированные сигналы, фаза которых отличается друг от друга на 180⁰

Пусть сигналы U_c1(t)=U_mcos(ω_ct+θ)

                        U_c2(t)=U_mcos(ω_ct+θ+π)=-U_mcos(ω_ct+θ)

Простейшая структура

ФОН – формирователь опорного напряжения;

Если U₀ имеет φ= φ₁, то на выходе U_вых имеет положительную полярность.

Если U_{0 имеет} φ= φ₂, то на выходе U_вых имеет отрицательную полярность.

При формировании U₀ возможна ошибка в фазе этого колебания, его фаза может отличаться и случайным образом изменяться на 180^0.

В этом случае полярность напряжения на выходе детектора меняется на противоположное 0 в1, 1в 0. Имеет место «негативный прием».

Для исключения негативного приема в 1954 году советским ученым Петровичем была предложена относительно фазовая модуляция. Суть: фаза текущей инвариантной посылки задается относительно фазы предыдущей инвариантной посылки, если 1, то фаза этой посылки меняется на 180⁰ относительно к фазе предыдущей посылки, если 0, то фаза не меняется (ОФТ).

Схема демодулятора ОФМ сигнала.

На выходе интегратора формируется напряжение, полярность которого зависит от фазы инвариантной посылки. Схема сравнительно пол. выдает решение о том, что текущая посылка «0», если полярности вых. интегратора в текущий момент времени и предыдущий моменты времени    одинаковы. Если полярности различны, то принимается решение о приеме позиционной «1».

Если произошел ошибочный сдвиг фазы на 180⁰ в U_опор, то произойдет ошибка в принятии решения, однако следующая информация посылка будет демодулированна правильно т.е. скачек фазы ФОН вызовет ошибку единично.

Если за счет малого с/ш произойдет ошибочное изменение полярности на вых. интегратора, то будет принято ошибочное решение по несущей информационной посылки. Если след. инф-ия имеет высокое отношение с/ш и полярность вых. напряж. интегратора «правильное», то все равно будет принято ошибочное, т.к. происходит сравнение полярностей с ошибочной предыдущей посылкой, т.е. вероятность ошибки ОФМ приеме в 2 раза выше вероятности ошибки ФМ приеме.

Формирователь опорного напряжения.

Фазоманипулированный сигнал имеет сплошной спектр =>с помощью фильтров нельзя выделить сигнал несущей. Поэтому используют нелинейную обработку для выделения несущей, с точностью до фазы. Впервые схему ФОН предложил в 1933 году Пистелькорс.

При умножении на 2 снимает фазовую манипуляцию сигнала. После умножения частоты на 2 исчезает фазовая манипуляция сигнала (0à0;πà2π). Что бы вернуть обратно ½, на веходе формируется сигнал колебания несущей. ФП треб. для устранения побочных прод. нелин. преобразований.

Недостаток: мало соотношение с/ш на выходе ФОН, снижает помехоустойчивость.

Большой уровень шума обуславливает достаточно широкой полосы пропускания фильтра. Из-за большой нестабильности частоты после умножения на 2 П_пф больше => мощность шума велика.   В 1937 году Сифоров для снижения полосы пропускания фильтра предложил использовать ФАПЧ. Частота ГУН = частоте несущей. Если за счет нестабильности частоты меняется частота входного сигнала, то меняется частота ГУНа, однако при этом полоса пропускания полосового фильтра образованная системой ФАПЧ становится узкой.

Недостаток: схема неустойчива к замираниям сигнала. Более поздние разработки обеспечат устойчивость к замираниям.

 

43. Многоуровневая ФМ(МФМ)

Если С/Шум в высокий, то при той же частоте можно повысить скорость используя МФМ. Для ФМ начальная фаза может принимать два значения: 0 и p, что соответствует значению логического 0 или 1, т. е. Одна посылка несет в себе один бит инф.ции. Для МФМ нач. фаза может принимать несколько значений. Например для QPSK (квадратурной фазовой ман-ции) нач. фаза может принимать четыре значения: 0, p; p/2, 3p/2. Им соответствуют посылки 00,11; 01,10. Т.о. одна посылка несет в себе 2 бита.

КАМ

Развитие МФМ привело к появлению КАМ(квадратур. ампл. модуляция), для которой посылки отличаются не только начальной фазой, но и амплитудой.

Сигнальное созвездие для КАМ16 имеет вид:

Как видно точки находятся не на одной(как для МФМ), а на нескольких окружностях. Т.о. КАМ16 имеет бОльшую помехоустойчивость по отношению к 16-уровнефой МФМ, т.к. расстояние между точками сигнального созвездия для КАМ16 больше.

Модулятор КАМ: Демодулятор КАМ:

 ОГ – опорный генератор

Х – перемножитель сигналов

+ - Сумматор сигналов

Офсетные виды модуляции

В случае КАМ может получиться, что вектор резко разворачивается на 180^О, а после узкополосного ПФ такой сигнал искажается. Чтобы избежать резких изменений формы сигнала, модулирующие последовательности U1 и U2 сдвигают во времени на половину длины инф-й посылки, тогда нарушается одновременность изменения инф-ии по квадратурным каналам приема, а значит и сдвиг на 180 исключается.