Разработка схемных решений системы передачи цифровых сигналов при использовании тройной относительно - фазовой модуляции

С развитием беспроводных технологий все более остро проявляется проблема увеличения скорости передачи. Так, одна из главных задач обеспечение высокой скорости связи, на порядки превышающей возможности существующих технологий. Речь идет не столько о пиковых скоростях, сколько о повышении скорости обмена на всём радиусе охвата сети, на краю зоны покрытия. Скорость передачи ограничивают два фундаментальных фактора: мощность принятого сигнала, или в более общем случае отношение сигнал-шум, и полоса пропускания.

Целью данной статьи является, разработка функциональной схемы устройства предназначенного для передачи цифровой информации за минимальное количество времени.

Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми:

• 1.    Высокая помехоустойчивость

• 2.    Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи

• 3.    Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов

Для представления аналогового сигнала в цифровой форме используется аналого-цифровое преобразование (АЦП), суть которого заключается в операции квантования и дискретизации непрерывного сообщения.

Рисунок 1 – Структурная схема АЦП

Аналоговый сигнал поступает на вход устройства выборки и хранения (УВХ), где подвергается дискретизации, т.е. преобразуется в сигнал АИМ. Этот сигнал поступает на один из входов схемы сравнения (СС), которая представляет собой компаратор, сравнивающий значения аналоговых сигналов на своих входах. Если значение сигнала на первом входе СС больше, чем на втором, то на выходе СС будет присутствовать сигнал логической 1, в противном случае - логического 0. Ко второму входу СС подключен аналоговый выход ЦАП. Цифровые входы ЦАП подключены к порту вывода управляющего устройства (УУ), например микропроцессора. К порту ввода УУ подключен цифровой выход СС. Процесс квантования по уровню протекает следующим образом. Отсчет сигнала с выхода УВХ постоянно присутствует на нижнем по схеме входе СС. Устройство управления выполняет алгоритм приближения к данному значению, например, методом «золотого сечения». Сначала определяется значение старшего разряда кодового слова и далее до самого младшего. После определения самого младшего разряда схема готова к обработке следующего отсчета. Скорость работы схемы, то есть частота дискретизации, зависит от скорости работы УУ и скорости преобразования ЦАП[1].

Если в системе передачи информации используется относительнофазовая модуляция (ОФМ) то каждому информационному биту ставится в соответствие не абсолютное значение фазы, а значение ее изменение относительно предыдущего значения.

Существует четырехфазная ОФМ-4 (ДОФМ), основанная на передаче сигналов, каждый из которых несет информацию о двух битах (00, 01, 10,11) исходной двоичной последовательности, фаза сигнала может измениться на 0°, 90°, 180°, 270°. Восьмифазная ТОФМ (трехкратная ОФМ) несет информацию о трибитах, которым при этом ставится в соответствие восемь значений разности фаз. Очевидно, с увеличением кратности ОФМ снижается помехоустойчивость за счет сокращения разницы между двумя соседними значениями фаз (см. рисунок 2).

4^М          5,Фи         16-ФУ

Рисунок 2 - сигнальные созвездия ФМ сигналов.

входные дамнью fD

Рисунок 3 – Функциональная схема модулятора ТОФМ

Входящий последовательный поток бит поступает на разделитель бит, где он преобразуется в параллельный трехканальный выход (I – синфазный канал, Q – квадратурный канал и C – канал управления).. Биты из каналов I и C поступают на вход преобразователя 2 уровней в 4 канала I, а биты из каналов Q и С - на вход такого же преобразователя в канале Q. Эти устройства представляют собой цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) с параллельным входом. При комбинации из 2 бит на входе, возможны 4 напряжения на выходе. Алгоритм работы ЦАП достаточно прост. Бит I и Q определяет полярность выходного аналогового сигнала (логическая 1=+1B, а логический 0=-1B), в то время как бит C и С определяет амплитуду (логическая 1=1,307 В, а логический 0=0,541В). Следовательно, при 2 амплитудах и 2 полярностях возможны 4 различных состояния на выходе.

Поскольку логические состояния бит C и С никогда не будут одинаковыми, амплитуда сигналов на выходах преобразователей в каналах I и Q всегда будет разной, хотя их полярность может совпадать[3].

Рисунок 4 – Функциональная схема демодулятора ТОФМ

Разветвитель мощности направляет входной сигнал на схемы перемножения I и Q и на схему восстановления несущей. Цепь восстановления несущего сигнала восстанавливает переданный исходный сигнал задающего генератора. Сигналы на выходах демодуляторов представляют собой 4-уровневые сигналы, которые подаются на АЦП для преобразования 4 уровней в 2. На выходах АЦП канала I представлены биты каналов I и С, а на выходах АЦП канала Q – биты каналов Q и С . С выходов АЦП биты поступают на схему параллельно-последовательного преобразования, в которой пары бит I/C и Q/ С объединяются, образуя один последовательный поток выходных данных I, Q и С[4].