Линейные коды и способы модуляции

Квадратурно-амплитудная модуляция

Квадратурно-амплитудная модуляция (КАМ) представляет собой дальнейшее развитие фазовой модуляции. В предыдущем разделе было установлено, что фазовая модуляция может быть представлена как сумма двух амплитудно-модулированных сигналов (I-канал и Q-канал), которые при сложении в канале дают фазово-модулированный сигнал.

Рис. 9.7. Принцип работы ФМ модулятора/демодулятора, основанного на квадратурном представлении

На рис. 9.7 показано, как одним цифровым сигналом порождаются два амплитудно-модулированных сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Этот способ, названный способом квадратурного представления, получил дальнейшее развитие, когда каждый из каналов независимо друг от друга получает многоуровневый импульсный сигнал. Таким образом, применяются две координаты — фаза и амплитуда; на фазовой плоскости это отображается точками, расположенными на фазовой плоскости в соответствии с фазой и амплитудой модуляции сигналов. Фазовое пространство сигналов системы 16-КАМ показано на рис. 9.8. При этом амплитуды сигналов в каждом из каналов могут принимать 4 значения (4 уровня), а их комбинация с 4-мя возможными значениями фазы дает 16 значений. Таким образом, можно кодировать 16-уровневый сигнал, что увеличивает информационную емкость сигнала в 4 раза (1 бод в этом случае равен 4 битам). В настоящее время уже существуют 64-КАМ (в этом случае 1 бод равен 6 битам и, следовательно, скорость возрастает в 6 раз), в перспективе внедрение 128-КАМ. Это позволяет во много раз увеличить пропускную способность каналов, что особенно важно на абонентском участке. Принципы построения модулятора и демодулятора системы КАМ изображены нарис. 9.8 и рис. 9.9. Они показывают, как модулируются квадратурные сигналы, а их сумма, которая, по сути, представляет фазово-модулированный сигнал, поступает в линию.

Рис. 9.8. Точечное пространство сигналов 16-КАМ

Рис. 9.9. Принципы построения модулятора/демодулятора КАМ

Амплитудно­фазовая модуляция с подавлением несущей

Этот тип модуляции представляет особую форму КАМ. При этом обе составляющие фазовой модуляции (I-канал и Q-канал) формируются непосредственно из цифрового сигнала с помощью фильтров, построенных с помощью последовательных сигнальных процессоров (DSP — Digital Signal Processors). Здесь не используется генератор несущей частоты, и ее значение не передается на исходящий конец (эта частота "вырезается" фильтром). На приемном конце она восстанавливается.

Модуляция с несколькими несущими

Модуляция с несколькими несущими относится к методам перехода от последовательной передачи к параллельной. Это позволяет упростить требования к передающей аппаратуре, хотя усложняет логику передачи. Поэтому созданная в примерно в 1950-х годах эта технология не могла широко применяться, пока не были разработаны последовательные процессоры и микросхемы, реализующие быстрое преобразование Фурье.

Этот метод модуляции называется ортогональным частотным разделением каналов — ОЧРК (OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing). В Северной Америке она называется многотональной модуляцией (DTM — Discrete MultiTone). За редким исключением эти термины взаимозаменяемы.

Принцип организации такой модуляции заключатся в том, что последовательный поток информации из символов разбивается на подблоков.

Частотная полоса, занимаемая системой передачи данных, разбивается на поддиапазоны, и образуются узкие каналы. Например, Полоса 1, 0994 МГц разбивается на 255 подканалов по 4,3125 КГц.

Основные устройства, обеспечивающие модуляцию с несколькими несущими по принципу ОЧРК, показаны на рис. 9.10. Каждый подканал работает на своей несущей. Если обозначить частоту первой несущей , то вторая несущая будет иметь частоту и т.д., для -го канала эта частота будет равна .

Если для каждого из подблоков применить квадратурную модуляцию, то получим квадратурных (ортогональных) функций типа . Если функции всех подканалов просуммировать, то получим функцию, аналогичную функции, которая называется рядом Фурье.

увеличить изображение
Рис. 9.10. Модуляция с несколькими несущими

Функция, полученная в результате модуляции, отличается от ряда Фурье тем, что она конечна. Для увеличения точности обработки и исключения взаимного влияния каналов реальная функция дополняется "префиксом", содержащим несколько значений ряда Фурье (псевдоканалов). Он устанавливается перед последовательностью квадратурных сигналов. Это увеличивает точность получения функции и позволяет более четко отделять подканалы друг от друга.

Сумма функций, полученных в результате модуляции, "свертывается" с помощью обратного преобразования Фурье в одну функцию , которая преобразуется в цифровую форму и передается в линию.

На приемном конце происходит переход из цифровой в аналоговую форму, происходит прямое преобразование Фурье, квадратурные функции каждого канала демоудулируются и собираются в одну последовательность.

Этот вид модуляции используется в асимметричной цифровой абонентской линии (ADSL). Одним из примечательных свойств этого вида модуляции является то, что она может согласовывать спектр информационного сигнала со спектром физического канала. Поскольку общий сигнал является составляющим нескольких сигналов в узком спектре, увеличение затухания отдельных частот (например, при наличии боковых отводов) не влияют на сигнал в целом.