Методы модуляции, применяемые при передаче сигналов цифрового телевидения по радиоканалу

Submitted by MuHyc on Fri, 04/06/2012 - 17:42

Главная особенность модуляции несущей цифровыми сигналами заключается в том, что модулируемый параметр несущей может принимать в результате модуляции ряд дискретных значений. Такую модуляцию называют манипуляцией. Параметры несущего колебания меняются дискретно и во времени. Интервал времени, в течении которого эти параметры остаются постоянными, называется символьным интервалом или интервалом канального символа. В течении каждого символьного интервала передается один бит или одновременно несколько битов, образующих канальный символ.


Рассмотрим вопрос о возможности одновременного выполнения требований эффективного использования полосы частот канала связи и обеспечения помехоустойчивости. Эти требования взаимно противоположны. Для повышения эффективности использования полосы частот канальный символ должен содержать по возможности больше битов передаваемой информации. Для этого в каждый момент времени сигнал в канале связи должен иметь не 2, а больше возможных значений. В случае применения амплитудной манипуляции это достигается наличием соответствующего количества уровней амплитуды несущей, при частотной манипуляции должно быть соответствующее количество возможных значений частоты, при использовании фазовой манипуляции - возможных значений фазы сигнала и т.д.


Очевидно, что при этом ухудшится помехоустойчивость системы, так как приемник должен будет одновременно различать не 2, а больше значений сигнала. Чтобы обеспечить уверенное различение требуемого количества уровней сигнала необходимо увеличивать отношение сигнал/шум в канале связи, т.е. наращивать мощность передатчика. Это соответствует основным положениям теории связи - для увеличения пропускной способности канала связи при фиксированной ширине полосы частот необходимо повышать отношение сигнал/шум.


Перейдем к изучению конкретных способов модуляции несущей цифровым сигналом.


Амплитудная манипуляция (АМн) заключается в дискретном изменении уровня амплитуды несущей. В простейшем случае одному уровню сигнала может соответствовать наличие несущей, а другому - отсутствие. Недостатком АМн являются значительные перепады излучаемой мощности.


Частотная манипуляция (ЧМн) осуществляется путем дискретного изменения частоты несущей при постоянной ее амплитуде.


Фазовая манипуляция (ФМн) заключается в дискретном изменении фазы несущей. В простейшем случае несущая может иметь два значения фазы: 0 и 180°. В приемнике может осуществляться как когерентное детектирование, требующее фазовой синхронизации приемника с передатчиком, так и более простое некогерентное детектирование. В последнем случае часто применяют относительную фазовую манипуляцию, при которой фаза несущей для каждого принятого символа сравнивается не с некоторой абсолютной начальной фазой, а с фазой несущей предыдущего принятого символа.


Для повышения эффективности использования полосы частот канала связи применяется многопозиционная ФМн. На рис. 5.5,а показана четырехпозиционная ФМн, при которой одновременно передаются два бита, что позволяет повысить эффективность использования полосы частот в два раза. Пример соответствия фазы несущей передаваемому трехразрядному двоичному коду для восьмипозиционной ФМн приведен на рис. 5.5,6. Сдвиг между дискретными значениями фазы несущей равен 45°. Эффективность использования полосы частот в этом случае повышается в три раза по сравнению с простой двухпозиционной ФМн.


При распределении передаваемых кодовых комбинаций по позициям используют манипуляционный код Грея - соседние позиции различаются одним битом. Благодаря этому, если при демодуляции под действием помехи вместо правильного значения фазы будет определено соседнее, в последовательности двоичных символов на выходе демодулятора получится только один ошибочный бит, который будет исправлен в декодере корректирующего кода.


Фазовая манипуляция используется в стандарте DVB-S, определяющем методы передачи цифрового телевидения по спутниковым каналам.



Рис. Четырехпозиционная (а) и восьмипозиционная (б) фазовая манипуляция


Сама по себе квадратурная амплитудная модуляция уже обеспечивает увеличение эффективности использования полосы частот в два раза, так как на одной несущей частоте одновременно передаются 2 сигнала. В случае КАМн уровни каждой квадратурной составляющей несущей изменяются дискретно.


4-позиционная квадратурная амплитудная манипуляция