Дискретный канал с фазовой модуляцией.

Упрощенная схема дискретного канала с фазовой модуляцией приведена на рис 6.33. Назначение элементов схемы , УО в этой схеме такое же, как и в схеме системы с ЧМ. Процесс модуляции осуществляется в фазовом модуляторе М, а демодуляции — в фазовом демодуляторе ФД.

Пусть на вход модулятора подаются сигналы положительной и отрицательной полярности и модуляция осуществляется в соответствии с табл. 6.2, т. е. при поступлении элемента отрицательной полярности сигнал на выходе модулятора совпадает по фазе с несущей а при поступлении элемента положительной полярности (-сдвинут по фазе на 180° (рис. 6 34). В качестве модулятора может быть использована схема, изображенная на рис. 6.35, а. Соотношение между напряжением несущей и модулирующего сигнала выбирается таким, что управляет отпиранием и запиранием диодов. Так, при подаче в соответствии с рис. 6.35, а открываются диоды и закрываются Эквивалентная схема приведена на рис.

Таблица 6.2

Рис. 6.34. Получение ФМ сигнала

Изменение полярности приводит к изменению направления тока, протекающего во вторичной обмотке трансформатора Эквивалентная схема приведена на рис. 6 35, в.

В фазовом демодуляторе принимаемый фазо-модулированный сигнал сравнивается с эталонным. В качестве эталонного используется сигнал, называемый опорным и совпадающий как по частоте, так и по фазе с напряжением несущей на передаче.

Рис. 6.35 Фазовый модулятор (а) и его эквивалентные схемы (б, в)

Рис. 6.36 Представление ФМ сигналов векторами

Рис. 6.37. К явлению «обратной работы»

Очевидно, что если принимаемый сигнал на единичном интервале совпадает по фазе с опорным, то в соответствии с табл. 6.2 необходимо вынести решение о том, что передавалась «1». Если же разность фаз принятого и опорного сигналов 180°, то делаем вывод о том, что передавался «0». Вследствие действия в канале помех сдвиг по фазе между принятым сигналом и опорным напряжением будет отличаться от 0 и 180°. На рис. 6.36 штриховой линией показано положение векторов сигналов, которое они занимают под действием помех. Сигналы 1, 2, 4 регистрируются правильно, а сигнал 3 — неверно. Здесь принятый искаженный сигнал отождествляется с одним из двух идеальных сигналов, на который он больше всего «похож». Поэтому, если сдвиг вектора по фазе относительно идеального положения менее то решение будет правильным. При сдвиге на вынести однозначное решение не представляется возможным. Если сдвиг превышает то выносится неправильное решение.

Одной из основных проблем при демодуляции ФМ сигнала является проблема получения опорного напряжения. В качестве опорного напряжения можно использовать: напряжение высокостабильного местного генератора; пилот-сигнал, передаваемый по специальному каналу от передатчика; напряжение, выделяемое из рабочего сигнала.

Даже при выборе достаточно стабильного местного генератора его частота будет отличаться от частоты несущей, что приведет к накапливанию расхождения фаз несущей и опорного напряжения. В худшем случае сдвиг по фазе между опорным напряжением и несущей становится равным 180° (показано штрихом на рис. 6.37), при этом все элементы принимаются «наоборот» («0» вместо «1» и «1» вместо «0») или, как говорят, возникает явление «обратной работы» [1.1].

Рис. 6.38. Выделение опорного напряжения из принимаемого сигнала

Рис. 6.39. Временные диаграммы, иллюстрирующие процесс получения опорного напряжения (показаны для точек 1—4 схемы рис. 6.38)

Таблица 6.3

Второй способ не нашел широкого распространения из-за необходимости выделения для передачи пилот-сигнала полосы частот и мощности за счет рабочего сигнала, что приводит к ухудшению условий передачи рабочего сигнала.

Наибольшее распространение получил третий способ. Один из вариантов схемы выделения опорного напряжения из принимаемого сигнала приведен на рис. 6.38. Выпрямитель В устраняет фазовую модуляцию. Выпрямленный сигнал является периодическим с периодом , т. е. частота первой гармоники равна удвоенной частоте несущей. Поэтому после выделения узкополосным полосовым фильтром УПФ частоты она подается на делитель частоты с коэффициентом деления, равным двум. Для уменьшения уровня помех на выходе фильтра его полоса пропускания должна быть возможно меньше. Однако следует предусмотреть возможность ухода частоты несущей на передаче относительно ее номинального значения. Фазовращатель ФВ обеспечивает компенсацию фазовых сдвигов, возникающих в схеме выделения опорного напряжения, что позволяет получить когерентное опорное напряжение. Процесс получения опорного напряжения поясняется временными диаграммами на рис. 6.39.

При сильных помехах возможен скачок фазы опорного напряжения на 180°. Кроме того, при определенных условиях возможны скачки фазы на 180° и напряжения несущей (на передающем конце). Все это приводит к обратной работе. Возможность обратной работы — основной недостаток абсолютной фазовой модуляции, далее именуемой просто фазовой.

Рис. 6.40. Получение ОФМ сигнала: а — модулирующий сигиал; б — модулированный сигнал, в — перекодированный сигнал

Рис. 6.41. Перекодирующее устройство

Для борьбы с этим явлением используют относительную фазовую модуляцию (ОФМ). При ОФМ сигнал формируется в соответствии с табл. 6.3.

Отличие табл. 6.3 от табл. 6.2 заключается в том, что отсчет фазы передаваемого сигнала при ОФМ осуществляется не относительно фазы несущей, а относительно фазы предыдущего сигнала. Так, при передаче элемента «0» (положительная посылка) передаваемый сигнал должен иметь сдвиг относительно предыдущего 180° (рис. 6.40). Поскольку для первого единичного элемента нет предыдущего, то фаза соответствующего ему сигнала может быть произвольной. Прием начнем со второго элемента, для которого опорным является первый.

Чаще всего в качестве фазового модулятора при ОФМ используются такие же устройства, как и при абсолютной фазовой модуляции, например схема рис. 6.35. Тогда для получения на выходе модулятора сигнала вида, изображенного на рис. 6.40, б, исходный сигнал, прежде чем подать на модулятор, необходимо преобразовать (рис. 6.40,в), перекодировать. Один из вариантов структурной схемы перекодирующего устройства приведен на рис. 6.41. Тактовые импульсы поступают на схему совпадения в моменты, соответствующие серединам единичных элементов сигнала, и появляются на выходе схемы при поступлении на ее вход «нулей». Триггер переходит из одного состояния в другое при каждом поступлении на его вход тактового импульса.

Информация о виде переданного единичного элемента заложена в разности фаз ОФМ сигнала. Очевидно, что извлечь эту информацию можно двумя способами: сравнивать фазу ОФМ сигнала, используя для этого фазовый демодулятор (рис. 6.42). Для задержки сигнала на время, равное длительности единичного интервала, используется элемент памяти ЭП. Схема, представленная на рис. 6.42, осуществляет автокорреляционный (некогерентный) прием.

Рис. 6.42. Прием по способу сравнения фаз

Рис. 6.43 Прием по способу сравнения полярностей

Иногда такой прием Очевидно, что скачок фазы опорного напряжения на 180° вызовет одиночную ошибку, а не их поток, как при абсолютной фазовой модуляции.

Если для приема использовать фазовый демодулятор, на который подается когерентное опорное напряжение, то после решающего устройства будем иметь сигнал, совпадающий (при отсутствии ошибок) с перекодированным (рис. 6.40, в). Очевидно, что такой сигнал нуждается в обратном перекодировании. Структурная схема такого приемника изображена на рис. 6.43. Здесь осуществляется корреляционный (когерентный) прием, называемый иногда приемом «методом сравнения полярностей». Опорное напряжение подается на ФД с устройства выделения опорного напряжения УВОН. Сравнение полярностей осуществляется в перекодирующем устройстве приема Если полярности элементов совпадают, то на выходе в качестве элемента выдается «I». Если полярности элементов разные, то на выходе выдается «0».

Очевидно, что элемент на выходе будет воспроизведен неправильно, если на его входе будет искажен или элемент. Пусть вероятность появления неправильного элемента на входе равна тогда вероятность неправильного приема

Равенство в (6.25) имеет место только при или Обычно тогда

При приеме по способу сравнения фаз в ФД происходит сравнение по фазе двух зашумленных сигналов, что приводит к увеличению вероятности неправильного приема по сравнению со способом сравнения полярностей, при котором в ФД сравнивается по фазе зашумленный сигнал с «чистым» опорным напряжением.