როგორ განვაზოგადოთ ციფრული ფაზის მოდულაცია

რადიოხშირული დეოდულაცია
შეიტყვეთ, თუ როგორ უნდა ამოიღოთ ორიგინალური ციფრული მონაცემები ფაზა – ცვლის საკინძავი ტალღისგან.

წინა ორ გვერდზე განვიხილეთ სისტემები AM და FM სიგნალების დეოდულაციის შესასრულებლად, რომლებსაც აქვთ ანალოგური მონაცემები, მაგალითად (არა-ციფრული) აუდიო. ახლა ჩვენ მზად ვართ შევხედოთ, თუ როგორ უნდა აღვადგინოთ ორიგინალური ინფორმაცია, რომელიც დაშიფრულია მესამე ზოგადი ტიპის მოდულაციით, კერძოდ, ფაზის მოდულაციით.

თუმცა, ანალოგური ფაზის მოდულაცია არ არის საერთო, ხოლო ციფრული ფაზის მოდულაცია ძალიან ხშირია. ამრიგად, უფრო მეტი აზრი აქვს პრემიერ – მინისტრის დეოდულაციის შესწავლას ციფრული RF კომუნიკაციის კონტექსტში. ჩვენ განვიხილავთ ამ თემას ორობითი ფაზის ცვლის კლავიშების გამოყენებით (BPSK); ამასთან, კარგია იცოდეთ, რომ კვადრატორული ფაზის ცვლის საკეტი (QPSK) უფრო აქტუალურია თანამედროვე უკაბელო სისტემებისთვის.

როგორც სახელწოდება გულისხმობს, ორობითი ფაზის ცვლა კლავიში წარმოადგენს ციფრული მონაცემების გადაცემას ერთ ფაზად ორობაზე 0 და სხვა ფაზა ორობაზე 1. ორი ფაზა გამოყოფილია 180 ° –ით, დეზოდულაციის სიზუსტის ოპტიმიზაციისთვის. სიმბოლოების გაშიფვრა.

გამრავლება და ინტეგრირება — და სინქრონიზაცია
BPSK დემოდიულატორი ძირითადად შედგება ორი ფუნქციური ბლოკისგან: მულტიპლიკატორი და ინტეგრატორი. ეს ორი კომპონენტი წარმოქმნის სიგნალს, რომელიც შეესაბამება ორიგინალურ ბინარულ მონაცემებს. ამასთან, საჭიროა სინქრონიზაციის სქემაც, რადგან მიმღებს უნდა შეეძლოთ ბიტის პერიოდებს შორის საზღვრის დადგენა. ეს მნიშვნელოვანი განსხვავებაა ანალოგური დეოდულაციისა და ციფრული დეოდულაციისგან, ასე რომ მოდით უფრო ახლოს განვიხილოთ.

 

ანალოგური დეზოდულაციის დროს, სიგნალს ნამდვილად არ აქვს დასაწყისი ან დასასრული. წარმოიდგინეთ FM გადამცემი, რომელიც მაუწყებლობს აუდიო სიგნალს, ანუ სიგნალს, რომელიც მუდმივად განსხვავდება მუსიკის მიხედვით. ახლა წარმოიდგინეთ FM მიმღები, რომელიც თავდაპირველად გამორთულია. 

მომხმარებელს შეუძლია გამორთოს მიმღები დროის ნებისმიერ მომენტში, ხოლო დემოდულაციის სქემით დაიწყება აუდიო სიგნალის მოპოვება მოდულირებული გადამზიდავიდან. მოპოვებული სიგნალი შეიძლება გაძლიერდეს და გამოაგზავნოთ სპიკერზე, ხოლო მუსიკა ნორმალურად ჟღერს. 

მიმღებას არ აქვს იდეა, თუ აუდიო სიგნალი წარმოადგენს სიმღერის დასაწყისს ან დასრულებას, ან თუ დემოდულაციის სქემა იწყებს ფუნქციონირებას ღონისძიების დასაწყისში, ან ცემაზე მარჯვნივ, ან ორ რიტმს შორის. მნიშვნელობა არა აქვს; თითოეული მყისიერი ძაბვის მნიშვნელობა შეესაბამება აუდიო სიგნალის ერთ ზუსტ მომენტს, ხოლო ხმა თავიდან იქმნება, როდესაც ყველა მომენტალური მნიშვნელობა თანმიმდევრობით ხდება.

ციფრული მოდულაციით, სიტუაცია სრულიად განსხვავებულია. ჩვენ არ გვაქვს საქმე მყისიერი ამპლიტუდაებთან, არამედ ამპლიტუდის თანმიმდევრობა, რომელიც წარმოადგენს ინფორმაციის ერთი განსხვავებული ნაწილის, კერძოდ, რიცხვის (ერთი ან ნულის) მნიშვნელობას. 

ამპლიტუდის თითოეული თანმიმდევრობა - სახელწოდებით სიმბოლო, რომლის ხანგრძლივობაა ერთ ბიტის პერიოდი - უნდა გამოირჩეოდეს წინა და შემდეგი რიგითებისაგან: თუ მაუწყებელი (ზემოთ მოყვანილი მაგალითიდან) იყენებდა ციფრულ მოდულაციას, ხოლო მიმღები იკვებებოდა და იწყებდა დემოდიზაციას დროის შემთხვევითი წერტილი, რა მოხდებოდა? 

თუკი ადრესატს შეეძლო სიმბოლოების შუაგულში დეზოდულაცია დაეწყო, იგი შეეცდებოდა ინტერპრეტაცია ერთი სიმბოლო და ნახევარი შემდეგი სიმბოლო. ეს, რა თქმა უნდა, შეცდომებამდე მიგვიყვანს; ლოგიკა-ერთი სიმბოლო, რომელსაც მოყვება ლოგიკა-ნულოვანი სიმბოლო, ექნება თანაბარი შანსი ინტერპრეტაციისთვის, როგორც ერთი ან ნული.

ცხადია, რომ სინქრონიზაცია პრიორიტეტი უნდა იყოს ციფრული RF სისტემის ნებისმიერ სისტემაში. სინქრონიზაციის ერთი პირდაპირი მიდგომა არის თითოეული პაკეტის წინაპირობა წინასწარ განსაზღვრული „სასწავლო თანმიმდევრობით”, რომელიც შედგება მონაცვლეობით ნულოვანი სიმბოლოებისა და ერთი სიმბოლოებისგან (როგორც ზემოთ მოცემულ დიაგრამაში). მიმღებს შეუძლია გამოიყენოს ეს ერთი-ნულოვანი ერთი-ნულიანი გადასვლები სიმბოლოებს შორის დროებითი საზღვრის დასადგენად, შემდეგ კი პაკეტში არსებული დანარჩენი სიმბოლოების სწორად ინტერპრეტაცია შეიძლება მარტივად გამოიყენოთ სისტემის წინასწარ განსაზღვრული სიმბოლოების ხანგრძლივობის გამოყენებით.

გამრავლების ეფექტი
როგორც ზემოთ უკვე აღინიშნა, PSK დემოდიულაციაში ფუნდამენტური ნაბიჯი არის გამრავლება. უფრო კონკრეტულად, ჩვენ შემომავალი BPSK სიგნალი გავამრავლოთ საცნობარო სიგნალით, რომლის სიხშირეც ტოლია გადამზიდავის სიხშირეზე. რას ნიშნავს ეს? მოდით შევხედოთ მათემატიკას; პირველი, პროდუქტის იდენტიფიცირება ორი სინუსის ფუნქციებისთვის:

 

თუ ჩვენ გადავაქცევთ ამ ზოგადი სინუსურ ფუნქციებს სიხშირე და ფაზად სიგნალებად, გვაქვს შემდეგი:

გამარტივება, გვაქვს:

ასე რომ, როდესაც ჩვენ გავამრავლებთ თანაბარი სიხშირის ორ სინუსოიდს, მაგრამ განსხვავებულ ფაზას, შედეგი არის სინუსიტი ორმაგ სიხშირეზე და დამატებით ოფსეტური, რომელიც დამოკიდებულია ამ ფაზის სხვაობაზე. 

ოფსეტური არის მთავარი: თუ მიღებული სიგნალის ფაზა ტოლია საცნობარო სიგნალის ფაზაში, ჩვენ გვაქვს cos (0 °), რომელიც ტოლია 1. თუ მიღებული სიგნალის ფაზა 180 ° განსხვავდება ფაზის ფაზისგან. საცნობარო სიგნალი, ჩვენ გვაქვს cos (180 °), რაც –1. ამრიგად, მულტიპლიკატორის გამომუშავებას ექნება დადებითი DC ოფსეტური ერთი ორობითი მნიშვნელობისთვის და უარყოფითი DC ოფსეტური სხვა ორობითი მნიშვნელობისათვის. ეს ოფსეტური შეიძლება გამოყენებულ იქნას თითოეული სიმბოლოების ინტერპრეტაციად, როგორც ნულოვანი ან ერთი.

სიმულაციის დადასტურება
შემდეგი BPSK მოდულაციისა და დეოდულაციის სქემის საშუალებით გიჩვენებთ, თუ როგორ შეგიძლიათ შექმნათ BPSK სიგნალი LTspice- ში:

ორი სინუსური წყარო (ერთი ფაზით = 0 ° და ერთი ფაზით = 180 °) უკავშირდება ორი ძაბვის კონტროლირებად კონცენტრატორს. ორივე კონცენტრატორს აქვს ერთი და იგივე კვადრატული ტალღის კონტროლის სიგნალი, ხოლო გამორთვის და გამორთვის წინააღმდეგობები კონფიგურებულია ისე, რომ ერთი ღიაა, ხოლო მეორე დახურულია. ორი კონცენტრატორის "გამომავალი" ტერმინალები ერთმანეთთან არის მიბმული, ხოლო ოპ-ამპი ბუფერავს შედეგად მიღებულ სიგნალს, რომელიც ასე გამოიყურება:




შემდეგი, ჩვენ გვაქვს მინიშნება სინუსოიდი (V4) სიხშირით, რომელიც ტოლია BPSK ტალღის სიხშირეზე, შემდეგ კი ვიყენებთ თვითნებური ქცევის ძაბვის წყაროს, რომ გავამრავლოთ BPSK სიგნალი საცნობარო სიგნალით. ეს არის შედეგი:




როგორც ხედავთ, დემოდირებული სიგნალი მიღებული სიგნალის სიხშირეზე მეტია და მას თითოეული სიმბოლოთი ფაზის შესაბამისად აქვს დადებითი ან უარყოფითი DC ოფსეტური. თუ ჩვენ გავითვალისწინებთ ამ სიგნალს თითოეული ბიტის პერიოდთან დაკავშირებით, გვექნება ციფრული სიგნალი, რომელიც შეესაბამება ორიგინალურ მონაცემებს.

თანმიმდევრული გამოვლენა
ამ მაგალითში, მიმღების საცნობარო სიგნალის ფაზა სინქრონიზდება შემომავალი მოდულირებული სიგნალის ფაზასთან. ეს მარტივად ხდება სიმულაციით; ეს მნიშვნელოვნად უფრო რთულია რეალურ ცხოვრებაში. გარდა ამისა, როგორც ამ გვერდზე განვიხილეთ "დიფერენციალური კოდირება", ჩვეულებრივი ფაზის ცვლა ვერ ხერხდება იმ სისტემებში, რომლებიც ექვემდებარება არაპროგნოზირებადი ფაზის განსხვავებებს გადამცემსა და მიმღებს შორის. 

მაგალითად, თუ მიმღების საცნობარო ნიშანი სიგნალის გადამზიდავი გადამზიდავთან ფაზის 90 ° -ია, მინიშნებასა და BPSK სიგნალს შორის ფაზური სხვაობა ყოველთვის იქნება 90 °, ხოლო cos (90 °) არის 0. ამრიგად, DC ოფსეტურია. დაიკარგა და სისტემა მთლიანად არაეფექტურია.

ეს შეიძლება დადასტურდეს V4 წყაროს ფაზის 90 ° -მდე შეცვლით; ეს არის შედეგი:

შემაჯამებელი
* ციფრული დეოდულაცია მოითხოვს ბიტის პერიოდის სინქრონიზაციას; მიმღებს უნდა შეეძლოთ დაადგინონ საზღვრები მიმდებარე სიმბოლოებს შორის.

* ორობითი ფაზა-ცვლის საკინძო სიგნალის განმეორება ხდება გამრავლების გზით, რასაც მოჰყვა ინტეგრაცია. გამრავლების ეტაპზე გამოყენებული მინიშნება სიგნალს აქვს იგივე სიხშირე, როგორც გადამცემი გადამზიდავი.

* ჩვეულებრივი ფაზა-ცვლა-საკინძო საიმედოა მხოლოდ იმ შემთხვევაში, როდესაც მიმღების საცნობარო სიგნალის ფაზას შეუძლია შეინარჩუნოს სინქრონიზაცია გადამცემი გადამზიდის ფაზასთან.

დატოვე შეტყობინება 

შეტყობინება სია