Реферат: Основні види і протоколи модуляції в модемах

Для усунення цього недоліку ФМ використовується відносна фазова модуляція (ВФМ) (рис.2д). При ВФМ інформація передається зміною фази носійної залежно від символа, що передається: наприклад, при передачі «-1» фаза носійної не змінюється, а при передачі «1» - стрибком змінюється на 180°. Оскільки при такому кодуванні помилка в прийнятті рішення за поточним двійковим символом викликатиме помилку і в наступному символі, то імовірність помилкового прийому при ВФМ вище, ніж при ФМ. Для ВФМ зазвичай використовується автокореляційний метод прийому, коли у ФД виконується порівняння фаз двох сусідніх посилок (рис.5б).

Щоб збільшити пропускну здатність, використовують багатопозиційну ФМ. Чотирипозиційна (дворівнева) ФМ (ФМ-4, QPSK - Quadrature Phase Shift Keying) передбачає передачу двох двійкових символів (дібітів) одночасно.

Дібітам ставлять у відповідність початкові фази двох сусідніх елементів сигналу в лінії, наприклад: 00 - 45°, 01 - 135°, 11 - 225°, 10 - 315°.

На рис.6а зображена структурна схема модулятора ФМ-4.

Перетворювач коду (ПрК) перетворює вхідний ІКМ сигнал в два паралельних сигнали I і II (рис.6б), кожний з яких модулює за фазою на 180° синфазну (СИНФ) і квадратурну (KB) складові (рис.6в). В результаті підсумовування виходить сигнал з ФМ-4:

. (4)

Тобто сигнал з ФМ-4 буде, якщо у виразі (1) покласти .

Векторна діаграма утворення сигналу з ФМ-4 зображена на рис.6в. Так, якщо передавати в синфазному і квадратурному каналах символи «+1», сигнал з ФМ-4 згідно (1) становитиме:

,

тобто, сумарний сигнал зсувається на 45° відносно синфазної і квадратурної складових.

У демодуляторі сигналу ФМ-4 (рис.7) для зняття модуляції використовується множення частоти вхідного сигналу на чотири. Після вузькосмугової фільтрації виконується ділення частоти і отриманий сигнал обертається на 45° для отримання синфазної складової (рис.6в), а квадратурну складову опорного сигналу одержують додатковим зсувом синфазної складової на 90° (рис.7).

Щоб зменшити смугу частот, використовують також вдосконалений варіант, який отримав назву квадратурної ФМ зі зсувом (OQPSK – Offset QPSK), коли канал II системи ФМ-4 (рис.6б) зсувається на Т секунд відносно каналу I. Правила маніпуляції фаз у каналах вибираються такими, щоб при підсумовуванні сигналів максимальний стрибок фази не перевищив 90° (при ФМ-4 можливі стрибки на 90 і 180°, які викликають паразитну амплітудну модуляцію обвідної). Отже, для OQPSK фазові зсуви відбуваються кожні Т секунд, а не 2Т, як при QPSK. Відсутність різких стрибків фази зумовлює меншу ширину енергетичного спектра OQPSK порівняно з QPSK.

Квадратурна амплітудна модуляція.

Зростаючі вимоги до скорочення смуги частот, яку займають високо-швидкісні цифрові сигнали, обумовили використання багатопозиційних способів амплітудно-фазової модуляції, яка передбачає амплітудну модуляцію синфазної та квадратурної складових. Якщо у формулі (1) модулюючі сигнали приймають значення ±1, маємо ФМ-4. Якщо ж для модуляції використовуються чотирирівневі сигнали , виходить 4-рівнева (16-позиційна) КАМ, сигнал з якою можна записати у вигляді:

.

В результаті вихідний сигнал квадратурної схеми змінюється не тільки за фазою, але і за амплітудою. Оскільки в кожному каналі здійснюється амплітудна маніпуляція, цей вид модуляції називають квадратурною маніпуляцією із зміною амплітуди (QASK – Quadrature Amplitude Shift Keying) або просто квадратурною амплітудною модуляцією КАМ.

Користуючись геометричним трактуванням, кожний сигнал КАМ можна зобразити вектором в сигнальному (амплитудно-фазовому) просторі (рис.8). Позначаючи тільки кінці векторів, отримуємо зображення у вигляді сигнальної точки, координати якої визначаються значеннями ; .

Сукупність сигнальних точок утворює так зване сигнальне сузір'я (signal constellation). Сузір'я на рис.8 містить 16 сигнальних точок, кожна з яких відповідає чотирьом інформаційним бітам, що передаються.

Існує декілька способів практичної реалізації КАМ-16, найпоширенішим з яких є спосіб модуляції накладанням (SPM – Supersposed Modulation). У схемі, що реалізовує даний спосіб, використовуються два однакових модулятора ФМ-4 (рис.6). Структурна схема модулятора SPM і діаграми, що пояснюють його роботу, зображені на рис.9.

Розглянемо основні протоколи, які використовують ВФМ і КАМ.

Протоколи V.22, V.22bis

Протокол V.22 є дуплексним протоколом модуляції, що передбачає використання ВФМ при частотному розділенні каналів передачі взаємодіючих модемів. Модем, що передає, використовує носійну частоту 1200 Гц; відповідаючий модем – частоту 2400 Гц.

Протокол передбачає два режими модуляції – ВФМ і ФМ-4. У першому випадку швидкість передачі – 600 біт/с, у другому – 1200 біт/с.

V.22bis збігається з V.22 за значеннями носійних частот і швидкості модуляції. Передбачаються два режими модуляції – ФМ-4 і КАМ-16 з швидкістю передачі 1200 або 2400 біт/с відповідно.

Рисунок 9 – Схема модулятора КАМ-16