Курсовая работа: Передача цифрового сигнала

Рисунок 12 – Настройка блоков Gain и Gain1

Использование блоков Gain и Gain1 позволит оптимизировать загрузку канала.

Рисунок 13 – Показания на осциллограмме Scope1

Модем

Для передачи по любому каналу связи цифровое сообщение, представляющее собой последовательность символов (чисел), необходимо преобразовать в аналоговый сигнал - изменяющуюся во времени физическую величину (например, напряжение). Кроме того, канал связи способен пропускать лишь определенную полосу частот, так что сформированный аналоговый сигнал должен этой полосе соответствовать. Указанное преобразование осуществляется путем модуляции. Обратный процесс носит название демодуляции.

Сущность процесса модуляции состоит в том, что передаваемое сообщение используется для изменения каких-либо параметров несущего колебания (чаще всего - синусоидального). Это позволяет создать модулированный сигнал, занимающий заданную полосу частот.

При цифровой модуляции возможны следующие ее виды:

· амплитудная манипуляция;

· частотная манипуляция;

· минимальная частотная манипуляция;

· фазовая манипуляция;

· квадратурная манипуляция.

Цифровая модуляция и демодуляция включают в себя две стадии. При модуляции цифровое сообщение сначала преобразуется в аналоговый модулирующий сигнал с помощью функции modmap, а затем осуществляется аналоговая модуляция. При демодуляции сначала получается аналоговый демодулированный сигнал, а затем он преобразуется в цифровое сообщение с помощью функции demodmap.

По заданию необходимо использовать фазовую манипуляцию (модуляцию цифрового сигнала). Фазовая манипуляция (англ. phase-shift keying (PSK)) была разработана в начале развития программы исследования дальнего космоса; сейчас схема PSK широко используется в коммерческих и военных системах связи. Фазоманипулированный сигнал имеет следующий вид:

Фазовый член φi(t) может принимать М дискретных значений.

Имеет много разновидностей: 2 фазы (BPSK, B-Binary, 1 бит на 1 смену фазы), 4 фазы (QPSK, Q-Quadro, 2 бита на 1 смену фазы), 8 фаз (8-psk, 3 бита на 1 смену фазы) и т.д. Таким образом, количество бит n, передаваемых одним перескоком фазы является степенью в которую возводится двойка при определении числа фаз, требующихся для передачи n-порядкового двоичного числа.

В построении модема будет использоваться QPSK.

Квадратурная фазовая манипуляция иногда называется 4-PSK. В QPSK (англ. Quadrature Phase Shift Keying) используются созвездие из четырех точек, размещенных на равных расстояниях на окружности. Используя 4 фазы, QPSK может кодировать два бита на символ, как показано на рисунке, для минимизации BER - удвоенная вероятность для BPSK. Анализ показывает, что скорость может быть увеличена в два раза относительно BPSK при той же полосе сигнала, либо оставить скорость прежней, но уменьшить полосу вдвое.

Хотя QPSK может рассматриваться как квадратурная модуляция, ее проще рассматривать в виде двух независимых модулированных несущих сдвинутых на 90°. При таком подходе четные (нечетные) биты используются для модуляции синфазной составляющей, а нечетные (четные) - квадратурной составляющей несущей. Так как BPSK используется для обеих составляющих несущей, то они могут быть демодулированы независимо.

В результате, вероятность ошибки на бит для QPSK такая же как и для BPSK:

Однако, так как в символе два бита, то величина ошибки на символ возрастает:

При высоком отношении с/ш (это необходимо для реальных QPSK систем) вероятность м. б. примерно оценена по следующей формуле:

Как и при BPSK, существует проблема неопределенности начальной фазы в приемнике. Поэтому QPSK с дифференциальным кодированием на практике используется чаще.

Отличие QPSK от АМн, ЧМн в том что плотность передаваемой информации в расчёте на частотную ширину канала (на символ, на герц) выше единицы.

Например, в АМн плотность много меньше единицы (0,1-0,001 бит на герц) - это связано с необходимостью накопления энергии в фильтрах в первых малочувствительных приёмниках (например, русский изобретатель радио Попов использовал АМн в первом в мире приёмнике). В ЧМн этот показатель приближается к единице (0,1-1) бит на символ (герц). Например, в GMSK, применяемому в GSM плотность информации равняется 1.