Работа 26. Исследование сигналов с ФМ-4 (QPSK и OQPSK)

 

Работа «Исследование сигналов с ФМ-4 (QPSK и OQPSK)» предназначена для изучения свойств QPSK и OQPSK сигналов и способов их формирования. Она содержит шесть заданий:

1. Исследование сигналов в разных точках формирователя QPSK‑ сигналов.

2. Исследование сигналов в разных точках формирователя ОQPSK-сигналов.

3. Исследование сигнальных созвездий и осциллограмм модулированных сигналов.

4. Исследование сигнальных созвездий QPSK и OQPSK сигналов при разных фазовых сдвигах в канале.

5. Исследование влияния отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции QPSK.

6. Исследование влияние вида модуляции (OQPSK или QPSK) на пикфактор модулированного сигнала с ограниченным спектром.

Задание 1

Зафиксируйте схему модулятора для получения сигналов с ФМ-4 (QPSK). Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на входе модулятора (т. 3),

2) на выходе x(t) регистра-делителя дибит (т. 4),

3) на выходе y(t) регистра-делителя дибит (т. 5),

4) на выходе сумматора (т. 10).

Обратите внимание на связи этих сигналов между собой и сформулируйте правило формирования сигналов с ФМ-4 (QPSK). Определите ширину спектров сигналов по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

При использовании четырехкратной фазовой модуляции (ФМ-4) производится одновременная передача двух битов (нечетного x(t) и четного у(t), образующих дибит ). Поскольку число различных сочетаний битов в дибите равно 2² = 4, то для их передачи требуется четыре разных сигнала, в качестве которых используются отрезки гармонических колебаний, отличающиеся между собой начальными фазами (0°, 90°, 180°, 270° или 45°, 135°, 225°, 315°).

Для одновременного получения значений x(t) и у(t) исходная последовательность битов пропускается через двухразрядный регистр сдвига с тактовой частотой f_T и переписывается из него в две ячейки памяти «x(t)» и «у(t)» с вдвое меньшей частотой f_T/2 так, что в «x(t)» всегда оказываются нечетные x(t), а в «у(t)» – четные у(t) биты исходной последовательности.

Сигналы x(t) и у(t) поступают на входы квадратурного балансного модулятора (QPSK – Quadrature Phase Shift Keying), на выходе которого получаются сигналы ФМ-4 с четырьмя вышеуказанными значениями фаз, зависящими от сочетания знаков сигналов x(t) и у(t).

При сохранении скорости поступления битов на вход модулятора ФМ-4 длительность модулированного сигнала в 2 раза больше длительности бита в их исходной последовательности, а ширина спектра равна ширине спектров модулирующих сигналовx(t) и у(t), т.е. в два раза меньше ширины спектра сигнала обычной двукратной ФМ.

Переход от ФМ к ФМ-4 при сохранении ширины спектра модулированного сигнала позволяет увеличить скорость передачи в 2 раза.

 

Задание 2

Зафиксируйте схему модулятора для получения сигналов с ФМ-4 со сдвигом (ОQPSK). Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора при использовании кода (7, 4) в следующем порядке по каналам:

1) на входе модулятора (т. 3),

2) на выходе x(t) регистра-делителя дибит (т. 4),

3) на выходе y(t) регистра-делителя дибит (т. 5),

4) на выходе сумматора (т. 10).

Обратите внимание на связи этих сигналов между собой и сформулируйте правило формирования сигналов с ФМ-4 со сдвигом (QPSK). Определите ширину спектров сигналов по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

Отличие ФМ-4 со сдвигом (ОQPSK – Offset Quadrature Phase Shift Keying) от ФМ-4 без сдвига (QPSK) состоит в том, что перезапись значений битов из регистра сдвига в ячейки памяти «x(t)» и «y(t)» производят не одновременно, а в разных тактах (со сдвигом на длительность такта Т). Это никак не влияет на энергетический спектр модулированного сигнала и, соответственно, на частотную или скоростную эффективность ОQPSK по сравнению с QPSK. Некоторые положительный свойства ОQPSK исследуются в задании 5.

Задание 3

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы сигналов и сигнальные созвездия в разных точках модулятора при использовании кода (7, 4) в следующем порядке по каналам:

1) на выходе генератора (6),

2) на выходе фазовращателя (–π /2) (7),

3) на выходе перемножителя 1 (8),

4) на выходе перемножителя 2 (9).

Комментарии и выводы

Сигнальное созвездие ФМ-4 формируется путем суперпозиции (сложения) двух сигнальных созвездий двукратной ФМ, отличающихся фазовым сдвигом 90° несущих колебаний. Это прямо следует из использования квадратурного балансного модулятора для получения ФМ-4.

 

Задание 4

Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы сигналов и сигнальные созвездия в разных точках модулятора при использовании кода (7, 4) в следующем порядке по каналам:

при модуляторе OQPSK:

1) на выходе сумматора (10),

2) на выходе фазовращателя (Ф = 45°) (14);

после смены модулятора OQPSK на QPSK:

3) на выходе фазовращателя (Ф = 45°) (14),

4) на выходе фазовращателя (Ф = 90°) (14).

Измерьте расстояния между сигнальными точками на выходе модулятора (сумматора т.10) для сравнения другими видами модуляции.

 

Комментарии и выводы

Сигнальное созвездие ФМ-4 формируется путем суперпозиции (сложения) двух сигнальных созвездий двукратной ФМ, отличающихся фазовым сдвигом 90° несущих колебаний и содержит 4 сигнальные точки равномерно распределенные на окружности радиусом R.

Минимальное расстояние между сигнальными точками

,

где P_с – мощность сигнала. Оно в 1, 41 раз меньше расстояния между сигналами ФМ при равной их мощности, что приводит к снижению помехоустойчивости. Для сохранения помехоустойчивости при переходе от ФМ к ФМ-4 следует увеличить мощность сигналов в 2 раза. Таким образом, частотный (или скоростной) выигрыш ФМ-4 перед ФМ сопровождается энергетическим проигрышем в 2 раза при равной помехоустойчивости.

 

Задание 5

Исследуйте влияние отношения сигнал/шум на рассеяние сигнальных точек в пространстве сигналов при модуляции QPSK. Для этого включите в меню «Параметры СПДС» опции «Показать разбиение пространства сигналов» и «Добавить шум к сигналу». Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и сигнальные созвездия на выходе фазовращателя (т.14) при отсутствии фазового сдвига (Фаза = 0) в следующем порядке по каналам:

1) при отношении сигнал/шум = 10,

2) при отношении сигнал/шум = 5,

3) при отношении сигнал/шум = 3,

4) при отношении сигнал/шум = 1,

Сопоставьте осциллограммы и сигнальные созвездия между собой и сделайте выводы по работе.

 

Комментарии и выводы

Добавление к сигналу шума в канале приводит к рассеянию сигнальных точек в сигнальном созвездии на входе демодулятора. Степень этого рассеяния возрастает с уменьшением отношения сигнал/шум.

Пока рассеянные сигнальные точки принимаемых сигналов не выходят за пределы подпространства сигналов, отведённого под передаваемый дибит, приём осуществляется без ошибок. В противном случае наблюдаются ошибки приёма.

 

Задание 6

Исследуйте влияние вида модуляции (QPSK или OQPSK) на пикфактор модулированного сигнала. Для этого выключите в меню «Параметры СПДС» опцию «Добавить шум к сигналу» и включите код (7, 4) Хэмминга. Наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора в следующем по рядке по каналам:

при модуляции QPSK:

1) на выходе регистра-делителя (т.4),

2) на выходе полосового фильтра ПФ с

шириной полосы пропускания 1/Т (т.15);

после смены модулятора QPSK на OQPSK:

3) на выходе регистра-делителя (т.4),

4) на выходе полосового фильтра ПФ с

шириной полосы пропускания 1/Т (т.15).

Сопоставьте осциллограммы между собой и сделайте вывода по работе.

 

Комментарии и выводы

Ограничение спектра сигналов с ФМ-4 при их прохождении через полосовой фильтр приводит к паразитной амплитудной и фазовой модуляции. При использовании ФМ-4 без сдвига, когда возможна одновременная смена значений модулирующих сигналов х(t) и у(t), фаза модулирующего сигнала может изменяется на 180°, что приводит к уменьшению его огибающей А(t) до нуля. При использовании ФМ-4 со сдвигом фазовые скачки в модулированном сигнале возможны только на ±90°, что существенно снижает пикфактор (соотношение максимального и минимального значений А(t)).

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: