Формирование сигналов с фазовой манипуляцией

Сигналы с несущей частотой /о и фазой, принимающей несколько фиксированных значений, находят широкое применение в системах передачи цифровой информации. Используют двухуровневую фазовую манипуляцию ФМ-2 (BPSK — binary shift keying) или многоуровневую фазовую манипуляцию ФМ-УУ, где iV= 4, 8, 16 и т. д. Иногда такой вид модуляции называют фазовой телеграфией. Основными требованиями к модуляторам таких сигналов кроме достаточно высокой стабильности несущей частоты являются: малые отклонения, А установившихся значений фазы от заданных значений k/N отсутствие паразитной амплитудной модуляции, сопровождающей фазовую манипуляцию; возможность реализации высокой скорости передачи, т. е. достижение малой длительности переходного процесса по сравнению с интервалом следования передаваемых битов информации. Кроме того, необходимо обеспечивать допустимый уровень искажений модулированного колебания при преобразовании частоты и усилении мощности ФМн сигнала в радиопередающем устройстве, а также компактность манипуляционного спектра, т. е. заданный уровень внеполосных манипуляционных излучений за пределами занимаемой полосы частот.

Сигнал ФМ-2 создает очень высокий уровень помех другим РЭС, работающим в соседних частотных полосах (см. гл. 1, рис. 1.10), поэтому в модуляторах ФМ-2 сигнала необходимо применять меры по повышению компактности модуляционного спектра.

Модулятор сигнала ФМ-2 может быть выполнен на основе ЦВС (см. рис. 4.7, 4.8) при достаточно низких значениях несущей частоты и скорости передачи информации, допускающих применение такого цифроаналогового решения. На несущих частотах ме;

Рис. 6.12. Схема модулятора ФМ-2 сигналов на основе ФАПЧ с коммутацией знака напряжения обратной связи

нее 100… 300 МГц целесообразно применять аналоговый перемножитель стабильного по частоте гармонического колебания несущей частоты u₀(t) = U₀ sin (2л/₀/) и двухуровневого сигнала s (t), принимающего противоположные по знаку значения в зависимости от передаваемого логического символа («0» или «1»). На несущих частотах дециметрового и сантиметрового диапазона используется разветвитель-инвертор опорного колебания, выходные сигналы которого ы₀(/) ии₀(/) коммутируются в моменты смены символа при помощи быстродействующих p-i—n-диодов.

Для обеспечения малой погрешности противофазности колебаний в подимпульсах ФМ-2, передающих «0» или «1», может быть использована коммутация полярности выходного напряжения фазового дискриминатора в системе ФАПЧ по схеме, представленной на рис. 6.12. В качестве дискриминатора в такой схеме применяется балансный ФД с симметричной характеристикой Д<�р). Инвертирование знака коэффициента передачи цепи обратной связи электронным коммутатором (ЭК) приводит к установлению (см. подразд. 5.2) ближайшего синхронного состояния со сдвигом фазы на л. Преимуществом этого решения является сглаживание закона изменения фазы, что повышает компактность манипуляционного спектра и улучшает электромагнитную совместимость данной радиосистемы с другими РЭС.

Преобразование несущей частоты и усиление мощности ФМ-2 сигнала приводит к ПАМ после каждого изменения фазы несущего колебания на к (см. рис. 1.11). В свою очередь, появление ПАМ снижает энергетическую эффективность усилителя мощности и может стать причиной преобразования амплитудной модуляции в фазовую, искажающего передаваемую информацию.

На основе модуляторов ФМ-2 разработаны более эффективные сигнальные конструкции и соответствующие модуляторы. На рис. 6.13 представлена структурная схема модулятора сигналов с квадратурной четырехуровневой фазовой манипуляцией со сдвигом ОФМ-4 (OQPSK — offset quadrature phase shift keying). Для формирования сигнала ФМ-4 исходная последовательность передаваемых двоичных символов с тактовым интервалом т при помощи коммутатора каналов на регистре сдвига разделяется на две с.

Рис. 6.13. Структурная схема модулятора сигналов с квадратурной 4-уровневой фазовой манипуляцией со сдвигом ОФМ-4

интервалом по 2 т каждая: последовательность символов с нечетным номером yiti), поступающую на модулятор квадратурного канала ФМ-2с, и последовательность символов с четным номером *(/,), поступающую на модулятор синфазного канала OM-2s. Гармонические опорные напряжения этих модуляторов cos (2rc/o0 и sin (2n/of) ортогональны. Выходные сигналы модуляторов ФМ-2 суммируются и образуют сигнал ФМ-4 вида.

Однако при одновременной смене символов в двух каналах может происходить изменение фазы на я, что приведет к глубокому провалу амплитуды, как показано на рис. 1.11. Поэтому в модулятор (см. рис. 6.13) введен узел сдвига последовательности y (t) на половину ее тактового интервала, т. е. на т. В таком модуляторе OQPSK сигналов исключена возможность скачков фазы на я.

В табл. 6.1 представлены параметры некоторых моделей серийных интегральных модуляторов, позволяющих формировать сигналы с модуляцией фазы и (или) амплитуды. В качестве модуляторов могут быть использованы разнообразные смесители сигналов, рассмотренные в подразд. 3.4. Во многих случаях эти узлы взаимные, т. е. могут применяться как в качестве модуляторов, преобразующих полосу модулирующих частот вверх на несущую частоту /_L0, так и в качестве демодуляторов, выделяющих из полосового радиочастотного сигнала модулирующее колебание на промежуточной частоте или в полосе частот, примыкающей к постоянному току. Среди серии двухуровневых фазовых манипуляторов выделим модель RF9908, которая допускает широкую полосу модулирующих частот от постоянного тока до 300 МГц, что соответствует скорости передачи до 100 Мбит/с. В модуляторе модели НMCI37 формируется ФМ-2 сигнал с подавленной несущей частотой в сантиметровом диапазоне выходных частот до 11 ГГц. ЧеТаблица 6.1. Параметры интегральных модуляторов AM и ФМ сигналов

Примечание. ФМ-2 — двухуровневый модулятор фазы; ФМ-4 — квадратурный четырехуровневый модулятор фазы; ПЗП — квадратурный модулятор с подавлением зеркальной полосы частот; ВМ — векторный модулятор сигналов с управлением амплитудой и фазой.

тырехуровневые квадратурные манипуляторы фазы представлены в табл. 6.1 патентованной моделью QMC-170, которая отличается хорошей фазовой и амплитудной балансировкой, отсутствием дополнительных источников питания, что способствует стабильности параметров сигнала, более чем октавной полосой рабочих несущих частот. Серийно выпускаются модели ФМ-4 модуляторов на популярный в технике мобильной связи диапазон частот0,8… 1,0 ГГц. Многие производители предлагают квадратурные модуляторы с подавлением зеркальной полосы для различных диапазонов частот — модели HMC496LP3, MIQC-1880M. Среди них можно выделить модель М8−0620, которая функционирует в очень широкой полосе частот (до 20 ГГц) и обеспечивает высокое подавление зеркального канала (до -40 дБ). Векторный модулятор модели HMC500LP3 представляет собой выполненное на быстродействующих арсенид-галлиевых диодах устройство с двумя входами управления. По одному из них при помощи аналогового сигнала с полосой частот 0… 150 МГц можно изменять фазу выходного сигнала в диапазоне 0… 360°, так что он является управляемым фазовым модулятором. По другому входу управления можно в такой же полосе модулирующих частот изменять амплитуду выходного сигнала от 0 до 100% по отношению к максимальной.