Работа 28. Исследование сигналов с КАМ-16 (QASK и SPM)

 

Работа «Исследование сигналов с КАМ-16 (QASK и SPM)» предназначена для изучения свойств сигналов c КАМ-16 и способов их формирования. Она содержит шесть заданий:

1. Исследование сигналов в разных точках формирователя сигналов с КАМ-16 (QASK).

2. Продолжение исследования сигналов в разных точках формирователя сигналов QASK.

3. Исследование созвездий сигналов QASK.

4. Исследование сигналов в разных точках формирователя сигналов с КАМ-16 (SPM).

5. Продолжение исследования сигналов в разных точках формирователя сигналов SPM.

6. Исследование созвездий сигналов SPM.

 

Задание 1

Выберите код (7, 4) (через пункт меню «Параметры СПДС / Код / (7, 4) Хэмминга»), вид модуляции QASK (через пункт меню «Параметры СПДС / Модулятор / Вид модуляции / 4-КАМ (QASK)»).

Зафиксируйте схему модулятора для получения сигналов с четырёхуровневой КАМ (4-КАМ или QАSK). 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)+2y(t) регистра-формирователя

четырехуровневых сигналов (т.4),

3) на выходе z(t)+2w(t) регистра-формирователя

четырехуровневых сигналов (т.5),

4) на выходе генератора (т.6).

Обратите внимание на связи этих сигналов между собой и определите ширину спектров по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

При использовании четырехуровневой квадратурной амплитудной модуляции (4-КАМ) производится одновременная передача четырех битов (квадбита). Для одновременного получения их значений x(t), у(t), z(t) и w(t) исходная последовательность битов пропускается через четырехразрядный регистр сдвига с тактовой частотой f_T и переписывается из него в четыре ячейки памяти «x(t)», «y(t)», «z(t)» и «w(t)» с частотой f_T/4 так, что в «x(t)» всегда оказываются первые x(t) (т. 4), в «y(t)» – вторые y(t) (т. 5), в «z(t)» – третьи z(t) (т. 6) и в «w(t)» – четвертые w(t) (т. 7) биты исходной последовательности квадбитов, принимающие одно из двух возможных значений ±1.Далее формируются два четырехуровневых модулирующих сигнала в виде x(t) + 2у(t) (т. 4) и z(t) + 2w(t) (т. 5), принимающих одно из четырех возможных значений ±1 или ±3. Длительности этих сигналов в 4 раза больше длительности отдельных битов в их исходной последовательности (т. 3), что приводит к сжатию их спектров также в 4 раза.

Задание 2

В продолжение задания 1 наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на выходе фазовращателя «–π /2» (т.7),

2) на выходе перемножителя 1 (т.8),

3) на выходе перемножителя 2 (т.9),

4) на выходе сумматора (т.10).

Сопоставьте их с результатами выполнения задания 1 и сформулируйте правило формирования сигналов с четырёхуровневой КАМ (QASK).

Комментарии и выводы

Четырехуровневые модулирующие сигналы вида x(t) + 2у(t) и z(t) + 2w(t), принимающие одно из четырех возможных значений ±1 или ±3, подаются на входы квадратурного амплитудного (балансного) модулятора (т. 4 и 5). На его выходе (т. 10) образуются 16 вариантов модулированных сигналов четырёхуровневой КАМ (QASK).

Поскольку каждый модулированный сигнал передает значения четверки битов (одного квадбита), то его длительность составляет 4Т (Т – длительность одного бита). Соответственно, спектр такого сигнала оказывается в 4 раза уже спектра сигнала ФМ (АМ или БМ), т.е. в 2 раза уже спектра битовых сигналов x(t), у(t), z(t) и w(t).

 

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 (т. 6),

2) на выходе перемножителя 1 (т. 8),

3) на выходе перемножителя 2 (т. 9),

4) на выходе сумматора (т. 10).

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

Комментарии и выводы

Сигнальное созвездие 4-КАМ представляет собой суперпозицию двух созвездий сигналов четырехуровневой БМ (в т. 8 и т. 9), отличающихся фазовым сдвигом несущих колебаний на 90° (т. 6 и т. 7). В результате получаются 16 сигнальных точек, заполняющих квадратную решетку, из которой видно, что сигналы 4-КАМ имеют 3 возможных значений амплитуд и 12 – начальных фаз.

Минимальное расстояние между сигналами

,

где L – число различных уровней модулирующего сигнала (L = 4),

U – максимальное эффективное значение модулированного сигнала.

4-КАМ превосходит двукратную ФМ по частотной (или скоростной) эффективности в 4 раза, проигрывая в помехоустойчивости. Нетрудно посчитать, что энергетический проигрыш составляет при условии одинаковой пиковой мощности модулированных сигналов.

 

Задание 4

Выберите и зафиксируйте схему модулятора для получения сигналов с КАМ-16 (SPM) (через пункт меню «Параметры СПДС / Модулятор / Вид модуляции / КАМ-16 (SPM)»). 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 (3),

2) на выходе x(t) регистра-делителя квадбит (4),

3) на выходе у(t) регистра-делителя квадбит (5),

4) на выходе z(t) регистра-делителя квадбит (6).

Обратите внимание на связи этих сигналов между собой и определите ширину спектров по первым «нулям» их огибающих.

Комментарии и выводы

При использовании квадратурной амплитудной модуляции КАМ-16 (SPM) производится одновременная передача четырех битов (квадбита). Для одновременного получения их значений x(t), у(t), z(t) и w(t) исходная последовательность битов пропускается через четырехразрядный регистр сдвига с тактовой частотой f_T и переписывается из него в четыре ячейки памяти «x(t)», «y(t)», «z(t)» и «w(t)» с частотой f_T/4 так, что в «x(t)» всегда оказываются первые x(t) (т. 4), в «y(t)» – вторые y(t) (т. 5), в «z(t)» – третьи z(t) (т. 6) и в «w(t)» – четвертые w(t) (т. 7) биты исходной последовательности квадбитов, принимающие одно из двух возможных значений ±1. Длительности этих сигналов в 4 раза больше длительности отдельных битов в их исходной последовательности (т. 3), что приводит к сжатию их спектров также в 4 раза.

Задание 5

В продолжение задания 4 наблюдайте и зафиксируйте осциллограммы и спектрограммы сигналов в разных точках модулятора в следующем порядке по каналам:

1) на выходе первого формирователя сигнала ФМ-4 (10),

2) на выходе усилителя («6 дБ») (12),

3) на выходе второго формирователя сигнала ФМ-4 (11),

4) на выходе сумматора (13).

Обратите внимание на связи этих сигналов между собой и определите ширину спектров по первым «нулям» их огибающих.

 

Комментарии и выводы

Модулирующие сигналы попарно (x(t) и у(t), z(t) и w(t)) подаются на входы двух квадратурных балансных модуляторов ФМ-4 (т. 4 и т. 5, т. 6 и т. 7, соответственно), на выходах которых (т. 10 и.т. 11) получаются два сигнала ФМ-4. После усиления в 2 раза (усилитель «6 дБ») одного из них (т. 12) и сложения с другим в сумматоре «Σ » (т. 13) получается сигнал КАМ-16, сформированный методом SPM (Supers Posed Modulation).

Поскольку каждый модулированный сигнал передает значения четверки битов (квадбита), то его длительность составляет 4Т (Т – длительность одного бита). Соответственно, спектр такого сигнала оказывается в 4 раза уже спектра сигнала ФМ (АМ или БМ), т.е. в 2 раза уже спектра битовых сигналов x(t), у(t), z(t) и w(t)

 

Задание 6

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

1) на выходе первого формирователя сигнала ФМ-4 (10),

2) на выходе усилителя («6 дБ») (12),

3) на выходе второго формирователя сигнала ФМ-4 (11),

4) на выходе сумматора (13).

Обратите внимание на расположение сигнальных точек и расстояния между ними.

 

Комментарии и выводы

Сигнальное созвездие КАМ-16 (SPM) представляет собой суперпозицию двух созвездий сигналов ФМ-4 (в т. 11 и т. 12), отличающихся уровнем в 2 раза. В результате их сложения получаются 16 сигнальных точек, заполняющих квадратную решетку аналогичную созвездию сигналов 4-КАМ. Сигналы КАМ-16 (SPM), как и в случае 4-КАМ, имеют 3 возможных значения амплитуд и 12 – начальных фаз.

Минимальное расстояние между сигналами

,

где L – число различных уровней модулирующего сигнала (L = 4),

U – максимальное эффективное значение модулированного сигнала.

КАМ-16 (SPM) превосходит двукратную ФМ по частотной (или скоростной) эффективности в 4 раза, проигрывая в помехоустойчивости. Нетрудно посчитать, что энергетический проигрыш составляет

= 18 раз (12, 56 дБ) при условии одинаковой пиковой мощности модулированных сигналов.

 

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: