ВЫБОР ВИДА МОДУЛЯЦИИ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

February 27, 2013 by admin Комментировать »

Широков и. Б., Дурманов М. А.

Севастопольский Национальный технический университет, Севастополь, Стрелецкая бухта, Студгородок, 99053, СевНТУ, кафедра радиотехники ntk/(+38 0692) 55-000-5? afrc 55-414-5? E-mail’^ shirokov@stel/sebastopol/ua

Аннотация – Приведен анализ двух методов модуляции радиосигналов при передаче цифровых данных. Показаны преимущества квадратурной амплитудной модуляции с точки зрения помехозащищенности канала связи. В тоже время показаны преимущества многоуровневой фазовой модуляции с точки зрения аппаратурной реализации устройства передачи данных.

I. Введение

в настоящее время широкое распространение в области передачи цифровой информации получили модуляция сдвигом фазы и комбинированная модуляция, получившая название квадратурной модуляции. Среди основных типов модуляции можно выделить следующие: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM. Большей спектральной эффективностью обладают многопозиционные сигналы, из которых наиболее часто используют: четырехпозиционную фазовую модуляцию (QPSK) и шестнадцатипозиционную квадратурную амплитудную модуляцию (16QAM).

Все рассматриваемые типы модуляции имеют одинаковую эффективную ширину спектра, которая равна ширине главного лепестка спектра. Спектральная эффективность напрямую связана со скоростью передачи данных. Последняя, в свою очередь, зависит от количества возможных состояний сигнала.

II. Основная часть

Рассмотрим шестнадцатипозиционную фазовую модуляцию (16PSK). Для определения достоинств и недостатков этого типа модуляции целесообразно провести сравнительную характеристику между 16РЗКИ 16QAM.

Прежде всего, следует отметить, что 16PSK и 16QAM имеют одинаковую спектральную эффективность. 16QAM имеет один главный недостаток Он заключается в том, что передаваемый сигнал кодируется одновременными изменениями амплитуды двух компонентов несущего гармонического колебания, которые сдвинуты по фазе друг относительно друга на π/2. Поэтому при использовании 16QAM высокочастотные тракты передатчика и приемника должны быть высоколинейными. Энергетические показатели передатчика при этом существенно хуже, чем при использовании сигналов с постоянной огибающей. Вместе с тем, постоянство огибающей при 16PSK является важным преимуществом этих сигналов, так как высокочастотные тракты передатчика и приемника при этом могут работать в нелинейном режиме, что, в свою очередь, позволяет получить максимальную выходную мощность и КПД передатчика.

Далее важнейшим критерием выбора того или иного типа модуляции является помехоустойчивость.

Проведём анализ помехоустойчивости для рассматриваемых видов модуляции, который осуществим посредством определения минимального расстояния между возможными состояниями сигнала dmin, выраженного через среднюю энергию, приходящуюся на один бит (£б).

Найдём dmin для 16PSK. Для наглядности рассмотрим посланный сигнал как точку в двухмерной области. Совокупность этих точек определим как созвездие сигнала, которое позволит нам определить характеристики рассматриваемых типов фазовой модуляции. Созвездие сигнала 16PSK изображено на рисунке 1. Величина ошибки бита зависит от расстояния между соседними позициями сигнала в созвездии.

Рис. 1. Созвездие сигнала 16PSK Fig. 1. 16PSK signal constellation

можно определить по форТаким образом, dmin муле (1).

где Ej^ – энергия сигнала, приходящаяся на один бит;

d – минимальное геометрическое расстояние между возможными состояниями сигнала.

Исходя из приведенных ранее обстоятельств получим. что для16PSK

Проведём аналогичный расчёт dmin в случае 16QAM. На рисунке 2 изображена совокупность точек, положение которых характерно для рассматриваемого вида модуляции.

Насколько известно, при квадратурной амплитудной модуляции передаваемая информация кодируется одновременными изменениями амплитуды и фазы несущего колебания. Как видно из рисунка 2 мы имеем дело с двумя амплитудами различного уровня, которые равны соответственно ±Ая±ЗА . То есть в данном случае мы можем определить только среднее значение энергии одного бита.

Итак, принимая во внимание вышеизложенные замечания, несложно определить dmin для случая 16QAM:

Рис. 2. Созвездие сигнала 16QAM.

Fig. 2. 16QAM signal constellation

Теперь сравним полученные результаты. Посчитав отношение полученных величин, имеем, что помехоустойчивость 16QAM в 1,6 раза выше помехоустойчивости 16PSK.

Из сравнения 16PSK и 16QAM следует, что при одинаковой полосе 16QAM обладает большей помехоустойчивостью. Однако этот недостаток 16PSK легко исправим. Исходя из выражения (1), для того чтобы помехоустойчивость 16PSK и 16QAM была одинаковой, необходимо увеличить энергию каждого бита сигнала в 2,56 раза.

III.                                  Заключение

Итак, исходя из общего сравнения двух типов модуляции, можно сделать один главный вывод: применение 16PSK наиболее целесообразно в цифровых передающих системах, которые обладают хорошей энергетикой и у которых длина канала передачи не велика. Стоимость приемопередающего тракта при использовании модуляции 16PSK оказывается существенно ниже стоимости тракта при использовании модуляции 16QAM, поскольку требования к линейности трактов при первом виде модуляции практически отсутствуют.

IV.                           Список литературы

[Ц.Широков И. Б., Шабан С. А., Синицын Д. В., Полив- кин С. Н. Нарытник Т. Н. К вопросу увеличения пропускной способности цифровых наземных микроволновых каналов связи с многопозиционной фазовой манипуляцией. 13-я Международная КрыМиКо 2003.

[2]                  .Schwartz,          М. Information Transmission, Modulation, and Noise, McGraw Hill, New York, 1980.

[3]                  .Feher,               Κ., Digital Communications with Microwave Applications, Prentice Hall, New Jersey, 1981.

SELECTION OF MODULATION TYPE IN DIGITAL DATA TRANSMISSION SYSTEMS

Shirokov I. B., Durmanov V. A.

Sevastopol National Technical University Studgorodok, Streletskaya Bay,

Sevastopol, 99053, Ukraina phone (+380 692) 55-000-5, fax 55-414-5,

E-mail: shirokov@stel. sebastopol. ua

Abstract – The analysis of two radio signal modulation methods in digital data transmission system is presented. Advantages of quadrature-amplitude modulation are shown with respect to noise immunity in communications links. At the same time, advantages of multilevel phase modulation for hardware implementation in data transmission devices are shown.

I.                                         Introduction

BPSK, QPSK 16QAM, 64QAM, and 256QAM are among the most widely used types of modulation. The best spectral efficiency is provided by multilevel signals, among which quadrature phase shift keying (QPSK) and sixteenth phase quadrature amplitude modulation (16QAM) are applied most frequently.

All the above types of modulation have identical effective spectrum width, while spectral efficiency is directly related to the data transfer rate.

II.                                        Main part

Let us carry out comparative estimation between 16PSK and 16QAM.

16QAM has one basic drawback: the transmitted signal is encoded by simultaneously varying the amplitude of two components of carrier harmonious oscillations which have a π/2 phase shift relative to each other. Therefore, in 16QAM applications HF circuits in transmitters and receivers should provide high linearity. At the same time, the constancy of envelope in 16PSK offers significant advantage for these signals, since HF transmitter and receiver circuits are able of operating in a nonlinear mode allowing for maximum transmitter output and efficiency.

Furthermore, noise immunity is the key consideration in selecting any type of modulation.

Let us analyze noise immunity for the above kinds of modulation by determining minimal distance between probable states of signal expressed through the average bit energy Eg. The value of bit error depends on the distance between adjacent signal positions in the constellation.

It follows from the expression (1) that for 16PSKthe power of each signal bit should be increased 2.56 times to obtain the same noise immunity compared to 16QAM.

III.                                       Conclusion

Thus, based on the overall comparison of two types of modulation it may be concluded that 16PSK applications make sense in digital transmission systems that have good power and short transmission links. The cost of transceiver circuits if the 16PSK modulation is used is significantly lower compared to that of 16QAM circuits, since virtually no requirements are imposed on circuits for the 16PSK modulation.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты