Kuidas demoduleerivad Digitaalne Phase Modulation

Raadiosageduse demonstratsioon
Siit saate teada, kuidas faasinihete võtmise lainekujust algseid digitaalseid andmeid ekstraheerida.

Kahel eelmisel lehel arutasime analoogandmeid, näiteks (digiteerimata) heli kandvate AM- ja FM-signaalide demodulatsiooni teostamise süsteeme. Nüüd oleme valmis uurima, kuidas taastada algset teavet, mis on kodeeritud kolmanda modulatsiooni üldtüübi, nimelt faasimodulatsiooni kaudu.

Analoogfaasmodulatsioon pole aga tavaline, samas kui digitaalne faasimodulatsioon on väga levinud. Seega on mõistlikum uurida PM-demodulatsiooni digitaalse raadiosidekommunikatsiooni kontekstis. Uurime seda teemat, kasutades binaarset faasi nihke võtit (BPSK); siiski on hea teada, et kvadratuurfaasinihete võtmed (QPSK) on tänapäevaste traadita süsteemide jaoks asjakohasemad.

Nagu nimigi viitab, tähistab binaarse faasinihete klahvimine digitaalseid andmeid, määrates ühe faasi binaarseks 0 ja teise faasi binaarseks 1. Demodulatsiooni täpsuse optimeerimiseks eraldatakse kaks faasi 180 ° võrra - kahe faasiväärtuse eraldamine muudab selle lihtsamaks sümbolite dekodeerimiseks.

Korrutage ja integreerige - ja sünkroonige
BPSK-demodulaator koosneb peamiselt kahest funktsionaalsest plokist: kordajast ja integraatorist. Need kaks komponenti annavad signaali, mis vastab algsetele binaarsetele andmetele. Siiski on vaja ka sünkroniseerimisahelat, kuna vastuvõtja peab olema võimeline tuvastama piiri bitiperioodide vahel. See on oluline erinevus analoogdemodulatsiooni ja digitaalse demodulatsiooni vahel, nii et vaatame lähemalt.

 

Analoogsel demodulatsioonil pole signaalil tegelikult algust ega lõppu. Kujutage ette FM-saatjat, mis edastab helisignaali, st signaali, mis varieerub pidevalt vastavalt muusikale. Kujutage nüüd ette FM-vastuvõtja, mis on algselt välja lülitatud. 

Kasutaja saab vastuvõtja igal ajal sisse lülitada ja demodulatsiooniskeem alustab helisignaali eraldamist moduleeritud kandjalt. Väljavõttud signaali saab võimendada ja kõlarisse saata ning muusika kõlab normaalselt. 

Vastuvõtjal pole aimugi, kas helisignaal tähistab laulu algust või lõppu või kui demodulatsiooniahel hakkab toimima mõõtmise alguses või otse löögi korral või kahe löögi vahel. See pole oluline; iga hetkeline pinge väärtus vastab helisignaali ühele täpsele hetkele ja kui kõik need hetkväärtused esinevad järjest, luuakse heli uuesti.

Digitaalse modulatsiooni korral on olukord täiesti erinev. Me ei tegele hetkeliste amplituudidega, vaid pigem amplituudijadaga, mis tähistab ühte diskreetset teavet, nimelt arvu (üks või null). 

Iga amplituudijada, mida nimetatakse sümboliks ja mille kestus on võrdne ühe biti perioodiga, tuleb eristada eelnevatest ja järgmistest jadadest: Kui ringhäälinguorganisatsioon (ülaltoodud näitest) kasutaks digitaalset modulatsiooni ja vastuvõtja oleks sisse lülitatud ning asunud demoduleerima juhuslik ajahetk, mis juhtuks? 

Noh, kui vastuvõtja peaks hakkama sümboli keskel demoduleerima, proovib ta tõlgendada ühte sümbolit ja järgmist sümbolit. See tooks muidugi kaasa vigu; loogika-ühe sümbolil, millele järgneb loogika-nulli sümbol, oleks võrdne võimalus seda tõlgendada ühe või nullina.

On selge, et sünkroonimine peab olema prioriteet igas digitaalses raadiosidesüsteemis. Üks sirgjooneline lähenemine sünkroniseerimisele on igale paketile eelneda eelnevalt määratletud „treeningjada”, mis koosneb vahelduvatest nullsümbolitest ja ühest sümbolist (nagu ülaltoodud diagrammil). Vastuvõtja saab neid ühe null-üks-null üleminekuid kasutada sümbolite vahelise ajalise piiri tuvastamiseks ja seejärel saab ülejäänud paketis sisalduvaid sümboleid õigesti tõlgendada, rakendades süsteemi etteantud sümboli kestust.

Korrutamise mõju
Nagu eespool mainitud, on PSK-demodulatsiooni oluline samm korrutamine. Täpsemalt, me korrutame sissetuleva BPSK signaali tugisignaaliga, mille sagedus võrdub kandesagedusega. Mida see saavutab? Vaatame matemaatikat; esiteks, toode identifitseerib kaks siinusfunktsiooni:

 

Kui muuta need üldised siinusfunktsioonid sageduse ja faasiga signaalideks, on meil järgmised:

Lihtsustatult on meil:

Nii et kui me korrutame kaks võrdse sagedusega, kuid erineva faasiga sinusoidi, on tulemuseks kahekordse sagedusega sinusoid pluss nihe, mis sõltub kahe faasi erinevusest. 

Nihutus on võti: Kui vastuvõetud signaali faas võrdub võrdlussignaali faasiga, on meil cos (0 °), mis võrdub 1. Kui vastuvõetud signaali faas erineb 180 ° võrdlussignaaliks on meil cos (180 °), mis on –1. Seega on kordaja väljundil ühe binaarse väärtuse korral positiivne alalisvoolu nihkumine ja teise binaarse väärtuse korral negatiivne alajaotus. Selle nihke abil saab iga sümbolit tõlgendada nulliks või üheks.

Simulatsiooni kinnitus
Järgmine BPSK modulatsiooni ja demodulatsiooni vooluring näitab teile, kuidas saate luua BPSK signaali LTspice'is:

Kaks siinusallikat (üks faasiga = 0 ° ja teine ​​faasiga = 180 °) on ühendatud kahe pingega juhitava lülitiga. Mõlemal lülitil on sama ruutlaine juhtimissignaal ning sisse- ja väljalülitustakistused on konfigureeritud nii, et üks on avatud, teine ​​aga suletud. Kahe lüliti väljundklemmid on omavahel seotud ja op-amp puhverdab saadud signaali, mis näeb välja järgmine:




Järgmisena on meil võrdlus sinusoid (V4), mille sagedus on võrdne BPSK lainekuju sagedusega, ja siis kasutame suvalist käitumuslikku pingeallikat, et korrutada BPSK signaal referentsignaaliga. Siin on tulemus:




Nagu näete, on demoduleeritud signaal vastuvõetud signaali sagedusest kahekordne ja sellel on positiivne või negatiivne alalisnihk vastavalt iga sümboli faasile. Kui me integreerime selle signaali iga bitiperioodi suhtes, on meil digitaalne signaal, mis vastab algsetele andmetele.

Sidus tuvastamine
Selles näites sünkroniseeritakse vastuvõtja tugisignaali faas sissetuleva moduleeritud signaali faasiga. See on simulatsioonis hõlpsasti teostatav; see on päriselus oluliselt raskem. Lisaks, nagu on arutletud sellel lehel jaotises "Diferentsiaalse kodeerimise all", ei saa tavalist faasinihete klahve kasutada süsteemides, mille saatja ja vastuvõtja faaside erinevused on ettearvamatud. 

Näiteks kui vastuvõtja tugisignaal on saatja kandjaga 90 ° faasist väljas, on faasi erinevus referentsi ja BPSK signaali vahel alati 90 ° ja cos (90 °) on 0. Seega on alalisvoolu nihke väärtus kadunud ja süsteem on täiesti mittefunktsionaalne.

Seda saab kinnitada, muutes V4 allika faasi 90 ° -ni; siin on tulemus:

kokkuvõte
* Digitaalne demodulatsioon nõuab bit-perioodi sünkroonimist; vastuvõtja peab suutma tuvastada piirid sümbolite vahel.

* Binaarses faasis nihutamise klahvisignaale saab demoduleerida korrutamise teel, millele järgneb integreerimine. Korrutamisetapis kasutatud tugisignaalil on sama sagedus kui saatja kandjal.

* Tavaline faasinihkega klahvimine on usaldusväärne ainult siis, kui vastuvõtja tugisignaali faas suudab säilitada sünkroniseerimist saatja kanduri faasiga.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri