Як зняць лічбавую фазавую мадуляцыю

Радыёчастотная дэмадуляцыя
Даведайцеся пра тое, як здабываць зыходныя лічбавыя дадзеныя з формы хвалі фазічнага зруху.

На папярэдніх дзвюх старонках мы разглядалі сістэмы для выканання демодуляции сігналаў АМ і ФМ, якія нясуць аналагавыя дадзеныя, такія як (нецифровое) аўдыё. Цяпер мы гатовыя паглядзець, як аднавіць зыходную інфармацыю, якая была закадаваная з дапамогай трэцяга агульнага тыпу мадуляцыі, а менавіта фазавай мадуляцыі.

Аднак аналагавая фазавая мадуляцыя сустракаецца не часта, тады як лічбавая фазавая мадуляцыя вельмі частая. Такім чынам, мае больш сэнс вывучыць демодуляцию PM ў кантэксце лічбавай радыёсувязі. Мы разбярэмся ў гэтай тэме, выкарыстоўваючы бінарны зрух фаз (BPSK); Аднак добра ведаць, што квадратура фазовага зрушэння (QPSK) больш актуальная для сучасных бесправадных сістэм.

Як вынікае з назвы, двайковая клавіша зрушэння фаз уяўляе лічбавыя дадзеныя, прызначаючы адну фазу да двайковай 0, а іншую фазу - двайковай 1. Дзве фазы падзелены на 180 ° для аптымізацыі дакладнасці демодуляции - больш аддзялення паміж двума значэннямі фаз палягчае расшыфраваць сімвалы.

Шматкаваць і інтэграваць - і сінхранізаваць
Дэмадулятар BPSK складаецца ў асноўным з двух функцыянальных блокаў: множніка і інтэгратара. Гэтыя два кампаненты будуць выдаваць сігнал, які адпавядае першапачатковым бінарным дадзеным. Аднак схема сінхранізацыі таксама неабходная, таму што прыёмнік павінен мець магчымасць ідэнтыфікаваць мяжу паміж бітавымі перыядамі. Гэта важная розніца паміж аналагавай демодуляцией і лічбавай демодуляцией, таму давайце больш падрабязна разгледзім.

 

У аналагавай дэмадуляцыі сігнал сапраўды не мае пачатку і канца. Уявіце FM-перадатчык, які вяшчае гукавы сігнал, то ёсць сігнал, які пастаянна змяняецца ў залежнасці ад музыкі. Цяпер уявіце FM-прыёмнік, які першапачаткова адключаны. 

Карыстальнік можа ўключыць прыёмнік у любы момант часу, і схема демодуляции пачне здабываць аўдыясігнал з мадуляванага носьбіта. Выняты сігнал можна ўзмацніць і адправіць дынаміку, і музыка прагучыць нармальна. 

Прымальнік паняцця не мае, калі аўдыясігнал уяўляе сабой пачатак альбо канец песні альбо калі схема дэмадуляцыі пачынае функцыянаваць у пачатку меры, альбо прама ў такт, альбо паміж двума ўдарамі. Гэта не мае значэння; кожнае імгненнае значэнне напружання адпавядае аднаму дакладнаму моманту ў гукавым сігнале, і гук аднаўляецца, калі ўсе гэтыя імгненныя значэнні адбываюцца паслядоўна.

З лічбавай мадуляцыяй сітуацыя зусім іншая. Мы маем справу не з імгненнымі амплітудамі, а з паслядоўнасцю амплітуд, якая ўяўляе сабой асобную інфармацыю, а менавіта - лік (адзін або нуль). 

Кожную паслядоўнасць амплітуд, званую сімвалам, працягласць якой роўная аднаму бітнаму перыяду, трэба адрозніваць ад папярэдняй і наступнай паслядоўнасці: Калі тэлевяшчальнік (з прыведзенага вышэй прыкладу) карыстаўся лічбавай мадуляцыяй, а прыёмнік уключаўся і пачаў демодуляцию на Выпадковы момант часу, што будзе? 

Ну, калі атрымальнік пачаў демодулировать пасярэдзіне сімвала, ён паспрабаваў бы інтэрпрэтаваць палову аднаго сімвала і палову наступнага сімвала. Гэта, зразумела, прывядзе да памылак; сімвал логікі-адзін, а за ім логіка-нулявы сімвал будзе роўны шанец трактавацца як адзін або нуль.

Зразумела, значыць, сінхранізацыя павінна быць прыярытэтам у любой лічбавай сістэме РФ. Адзіны просты падыход да сінхранізацыі - папярэднічаць кожнаму пакету з загадзя зададзенай "трэніровачнай паслядоўнасцю", якая складаецца з чаргавання нулявых сімвалаў і аднаго сімвала (як на малюнку вышэй). Прымальнік можа выкарыстоўваць гэтыя пераходы адзін-нуль-адзін-нуль для ідэнтыфікацыі часовай мяжы паміж сімваламі, а потым астатнія сімвалы ў пакеце можна правільна інтэрпрэтаваць проста, ужываючы загадзя вызначаную сістэму працягласць сімвала.

Эфект множання
Як ужо згадвалася вышэй, фундаментальным этапам демодуляции PSK з'яўляецца множанне. Дакладней, мы памнажаем ўваходны сігнал BPSK на эталонны сігнал з частатой, роўнай несучай. Што гэта дасягае? Давайце разгледзім матэматыку; па-першае, прадукт ідэнтыфікуе для двух абавязковых функцый:

 

Калі мы пераўтварым гэтыя агульныя сінусоіды ў сігналы з частатой і фазай, мы атрымаем наступнае:

Спрашчаючы, мы маем:

Такім чынам, калі мы памнажаем два сінусоіды з аднолькавай частатой, але рознай фазай, у выніку ўзнікае сінусоіда ў два разы часцей плюс зрушэнне, якое залежыць ад розніцы паміж двума фазамі. 

Зрушэнне з'яўляецца ключавым: калі фаза прынятага сігналу роўная фазе эталоннага сігналу, у нас ёсць cos (0 °), што роўна 1. Калі фаза прынятага сігналу на 180 ° адрозніваецца ад фазы апорны сігнал у нас ёсць cos (180 °), што складае –1. Такім чынам, выхад множніка будзе мець станоўчае зрушэнне пастаяннага току для аднаго з бінарных значэнняў і адмоўнае зрушэнне пастаяннага току для іншага бінарнага значэння. Гэта зрушэнне можа быць выкарыстана для інтэрпрэтацыі кожнага сімвала як нуля або адзінкі.

Пацверджанне мадэлявання
Наступная схема мадуляцыі і дэмадуляцыі BPSK паказвае вам, як вы можаце стварыць сігнал BPSK у LTspice:

Два сінусоідных крыніцы (адзін з фазай = 0 ° і адзін з фазай = 180 °) падключаны да двух выключальнікаў з кіраваным напружаннем. Абодва выключальніка маюць аднолькавы сігнал кіравання квадратнай хваляй, а супраціў і выключанне настроены так, што адзін адкрыты, а другі закрыты. "Выходныя" клемы абодвух перамыкачоў звязаны разам, і оп-ўзмацняльнік буферуе атрыманы сігнал, які выглядае так:




Далей у нас ёсць эталонны сінусоід (V4) з частатой, роўнай частаце сігналу BPSK, а потым мы выкарыстоўваем адвольную паводніцкую крыніцу напружання для памнажэння сігналу BPSK на эталонны сігнал. Вось вынік:




Як бачыце, демодулированный сігнал удвая большы за частату прынятага сігналу, і ён мае станоўчае ці адмоўнае зрушэнне пастаяннага току ў залежнасці ад фазы кожнага сімвала. Калі потым інтэграваць гэты сігнал адносна кожнага бітнага перыяду, у нас з'явіцца лічбавы сігнал, які адпавядае зыходным дадзеных.

Узгодненае выяўленне
У гэтым прыкладзе фаза эталоннага сігналу прымача сінхранізуецца з фазай ўваходнага мадуляванага сігналу. Гэта лёгка ажыццяўляецца ў мадэляванні; У рэальным жыцці значна складаней. Акрамя таго, як разгледжана на гэтай старонцы ў "Дыферэнцыяльнае кадаванне", звычайная клавіша зрушэння фаз не можа быць выкарыстана ў сістэмах, якія падвяргаюцца непрадказальным адрозненням фаз паміж перадатчыкам і прымачом. 

Напрыклад, калі эталонны сігнал прыёмніка знаходзіцца на фазе 90 ° з носьбітам перадатчыка, розніца ў фазе паміж апорным і сігналам BPSK заўсёды будзе 90 °, а cos (90 °) 0. Такім чынам, зрушэнне пастаяннага току роўна страчана, і сістэма цалкам не працуе.

Гэта можна пацвердзіць, змяніўшы фазу крыніцы V4 на 90 °; вось вынік:

Рэзюмэ
* Лічбавая дэмадуляцыя патрабуе сінхранізацыі біт-перыяду; прыёмнік павінен мець магчымасць вызначыць межы паміж суседнімі сімваламі.

* Сігналы бінарнай фазы зрушэння могуць быць демодулированы шляхам множання з наступнай інтэграцыяй. Апорны сігнал, які выкарыстоўваецца на этапе множання, мае тую ж частату, што і носьбіт перадатчыка.

* Звычайная клавіша зрушэння фазы з'яўляецца надзейнай толькі тады, калі фаза эталоннага сігналу прымача можа падтрымліваць сінхранізацыю з фазай носьбіта перадатчыка.

Пакінь паведамленне 

спіс паведамленняў