Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
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 fT и переписывается из него в две ячейки памяти «x(t)» и «у(t)» с вдвое меньшей частотой fT/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 Pс – 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)). |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 707; Нарушение авторского права страницы