Цифровая модуляция. 
Радиотехнические цепи и сигналы

Главная идея цифровой модуляции состоит в том, что каждому возможному значению передаваемого символа ставятся в соответствие некоторые параметры аналогового несущего колебания. Способ цифровой или импульсной модуляции, когда параметры несущего колебания меняются скачкообразно, называют манипуляцией. При низкочастотной модуляции (baseband modulation) эти сигналы имеют вид импульсов заданной формы. При цифровой модуляции используют чаще всего дискретные последовательности двоичных символов — двоичных кодов. Простейшим линейным кодом, широко применяемым на практике, является код NRZ (non return to zero) — невозвращающийся в нуль код. Существуют две разновидности этого кода — униполярный и биполярный. В униполярном NRZ-KOjxe логической единице соответствует прямоугольный импульс положительной полярности, а логическому нулю — нулевое напряжение (пауза). В биполярном NRZ-mme логической единице соответствует прямоугольный импульс положительной полярности, а логическому нулю — прямоугольный импульс отрицательной полярности. Положительное или отрицательное напряжение на выходе кодера сохраняется неизменным в течение длительности символа, что и определяет термин «невозвращающийся в нуль» код. Длительность импульсов и пауз в N/JZ-кодах равна длительности одного символа (бита) информации.

Наиболее известны следующие виды цифровой модуляции:

• • амплитудная манипуляция (АМн; иначе ИКМ-АМ, или цифровая амплитудная модуляция — ЦАМ; amplitude shift keying — ASK)]
• • фазовая манипуляция (ФМн; иначе ИКМ-ФМ, или цифровая фазовая модуляция — ЦФМ; phase shift keying — PS К)]
• • квадратурная амплитудная манипуляция;
• • частотная манипуляция (ЧМн; иначе ИКМ-ЧМ, или цифровая частотная модуляция — ЦЧМ; frequency shift keying — FSK) и ее разновидность — минимальная частотная манипуляция (МЧМн).

Типичный подход при передаче дискретной последовательности символов состоит в следующем. Каждому из возможных значений символа сопоставляется некоторый набор параметров несущего колебания. Эти параметры поддерживаются постоянными в течение интервала Г, т. е. до прихода следующего символа. Фактически это означает преобразование последовательности чисел {п_к} в ступенчатый сигнал s_n(t) с использованием кусочнопостоянной интерполяции:

Здесь/— некоторая функция преобразования. Полученный сигнал s_n(t) далее используют в качестве модулирующего сигнала обычным способом.

Для передачи цифрового первичного сигнала по каналу связи применяют различные несущие. Рассмотрим гармоническое несущее колебание. При цифровой модуляции закодированный первичный аналоговый сигнал e (t)_y представляющий собой последовательность кодовых символов {е_п} = {е^^к)} (п = 0, 1, 2,… — порядковый номер символа; k е {0,…, т) — номер позиции кода; т — основание кода, т. е. число различных его элементов), преобразуется в последовательность элементов (посылок) сигнала {и_п(?)} путем воздействия кодовых символов на высокочастотное несущее колебание Посредством модуляции частота или фаза несущего колебания в импульсе изменяется по закону, определяемому цифровым кодом. На рис. 2.50 при;

Рис. 2.50. Формы сигналов при разных видах цифровой модуляции.

двоичным кодом:

а — униполярный код; б — биполярный код; в — ИКМ-АМ; г — ИКМ-ЧМ; д — ИКМ-ФМ;

в — ОФМ ведены формы цифрового сигнала (сто называют канальным сигналом) при двоичном коде для различных видов дискретной или цифровой модуляции. При этом для наглядности использованы униполярный и биполярный Л7?7-коды, показанные на рис. 2.50, а, б соответственно. Битовому символу «1» при ИКМ-АМ (рис. 2.50, в) соответствует передача несущего колебания в течение времени т_н (длительность посылки), символу «0» — отсутствие колебания (пауза) на таком же временном интервале.

В случае применения ИКМ-ЧМ (рис. 2.50, г) передача несущего колебания с частотой /₀ соответствует символу «1», а передача колебания с частотой /j — символу «0».

При двоичной ИКМ-ФМ (рис. 2.50, д) фаза несущей частоты меняется на 180° при каждом переходе символов от «1» к «0» и от «0» к «1».

В модемах систем сотовой связи (например, с МДВР) применяют дискретную систему сигналов с относительной фазовой (дифференциальной; фазоразностной) манипуляцией (ОФМ; differential phase shift keying — DPSK), часто называемой многонозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией (рис. 2.50, е).

Цифровую модуляцию следует рассматривать как преобразование последовательности кодовых символов 0, 1,…, /я — 1 в определенные отрезки гармонического высокочастотного сигнала u^t), где i = 0, 1, …, т — номер передаваемого символа. На практике вид гармонического высокочастотного сигнала uft) выбирают таким, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к системе связи (в частности, но полосе частот и скорости передачи информации), и чтобы сигналы могли быть выделены из воздействующих помех.

Цифровой сигнал eft) при последовательной передаче символов сообщения ef следующих с равным тактовым интервалом At, опишем выражением.

где t_n — момент появления тг-го символа; (t, е") — форма элементарного импульсного сигнала, представленного символом е"^к

Цифровой сигнал eft) (2.112) образуется как линейная комбинация элементов v (t). Причем этот сигнал часто является изохронным, т. е. отдельные кодовые символы появляются с равным тактовым интервалом At. В этом случае t_n = nAt и.

Как правило, в системах передачи дискретных сообщений используются двоичные коды (т = 2) и поэтому At = т_и (см. рис. 2.50, а).