Ինչպես վերազինել թվային փուլի մոդուլյացիան

Ռադիոհաճախականության վերացում
Իմացեք այն մասին, թե ինչպես կարելի է արդյունահանել բնօրինակը թվային տվյալները փուլային հերթափոխի ստացման ալիքի ձևից:

Նախորդ երկու էջերում մենք քննարկել ենք անալոգային տվյալներ պարունակող AM և FM ազդանշանների, որոնք (թվայնացված չեն) աուդիոդը, վերազինման իրականացնելու համակարգեր: Այժմ մենք պատրաստ ենք դիտարկել, թե ինչպես վերականգնել այն բնօրինակ տեղեկատվությունը, որը կոդավորված է մոդուլյացիայի երրորդ ընդհանուր տիպի միջոցով, այն է ՝ փուլային մոդուլյացիա:

Այնուամենայնիվ, անալոգային փուլային մոդուլյացիան տարածված չէ, մինչդեռ թվային փուլի մոդուլյացիան շատ տարածված է: Այսպիսով, ավելի շատ իմաստ ունի ուսումնասիրել Վարչապետի վերազինումը թվային ՌԴ հաղորդակցության համատեքստում: Մենք կքննարկենք այս թեման ՝ օգտագործելով երկուական փուլի հերթափոխի ստեղներ (BPSK); Այնուամենայնիվ, լավ է տեղյակ լինել, որ քառակուսի փուլային հերթափոխի ստեղնավորումը (QPSK) ավելի կարևոր է ժամանակակից անլար համակարգերի համար:

Ինչպես անունն է ենթադրում, երկուական փուլային հերթափոխի ստեղնավորումը ներկայացնում է թվային տվյալներ ՝ մեկ փուլ զետեղելով երկուական 0-ին, իսկ երկուական տարբերակին ՝ մեկ այլ փուլին: վերծանել խորհրդանիշները:

Բազմապատկել և ինտեգրվել — և համաժամեցնել
BPSK- ի դեմոդուլատորը բաղկացած է հիմնականում երկու ֆունկցիոնալ բլոկից `բազմապատկիչ և ինտեգրատոր: Այս երկու բաղադրիչները կստեղծեն ազդանշան, որը համապատասխանում է բնօրինակ երկուական տվյալներին: Այնուամենայնիվ, համաժամացման սխեման նույնպես անհրաժեշտ է, քանի որ ստացողը պետք է կարողանա նույնականացնել բիտ ժամանակահատվածների միջև եղած սահմանը: Սա կարևոր տարբերություն է անալոգային դեզոդուլացիայի և թվային վերազինման միջև, ուստի եկեք ավելի սերտ նայենք:

 

Անալոգային վերազինման դեպքում ազդանշանն իսկապես չունի սկիզբ կամ ավարտ: Պատկերացրեք FM հաղորդիչ, որը հեռարձակում է աուդիո ազդանշանը, այսինքն ՝ ազդանշան, որը շարունակաբար տատանվում է ըստ երաժշտության: Հիմա պատկերացրեք FM ստացողը, որն ի սկզբանե անջատված է: 

Օգտագործողը կարող է ցանկացած պահի միացնել ստացողը, իսկ հեռացման սխեմա կսկսի մոդուլային կրիչից հանել աուդիո ազդանշանը: Արդյունահանված ազդանշանը կարող է ուժեղացվել և ուղարկվել խոսնակին, և երաժշտությունը կհնչի նորմալ: 

Ստացողը գաղափար չունի, եթե աուդիո ազդանշանը ներկայացնում է երգի սկիզբը կամ ավարտը, կամ եթե ապատեղեկատվական սխեման սկսում է գործել որևէ միջոցառման սկզբում, կամ հենց ծեծի վրա, կամ երկու ծեծի միջև: Նշանակություն չունի. յուրաքանչյուր ակնթարթային լարման արժեքը համապատասխանում է աուդիո ազդանշանի մեկ ճշգրիտ պահին, և ձայնը վերստեղծվում է, երբ այս բոլոր ակնթարթային արժեքները տեղի են ունենում հաջորդաբար:

Թվային մոդուլյացիայով իրավիճակը բոլորովին այլ է: Մենք գործ ունենք ոչ թե ակնթարթային ամպլիտուդների հետ, այլ ընդարձակությունների հաջորդականություն, որը ներկայացնում է տեղեկատվության մեկ առանձին կտոր, մասնավորապես ՝ մի շարք (մեկ կամ զրոյական): 

Ամպլիտուդիտների յուրաքանչյուր հաջորդականությունը, որը կոչվում է որպես խորհրդանիշ, տևողությանը հավասար մեկ բիտով ժամանակահատվածին, պետք է տարբերակել նախորդ և հետևյալ հաջորդականություններից. ժամանակի պատահական կետ, ի՞նչ կլինի: 

Դե, եթե ստացողը սկսեր վերազինել խորհրդանիշի կեսին, ապա դա կփորձեր մեկնաբանել հետևյալ խորհրդանիշի կեսը և կեսը: Դա, իհարկե, սխալների կհանգեցնի. տրամաբանություն-խորհրդանիշ, որին հաջորդում է տրամաբանություն-զրոյական խորհրդանիշը հավասար հնարավորություն կունենա մեկնաբանվելու որպես մեկ կամ զրոյական:

Հետևաբար պարզ է, որ համաժամացումը պետք է առաջնային լինի ցանկացած թվային ՌԴ համակարգում: Համաժամացման մեկ պարզ մոտեցումը յուրաքանչյուր փաթեթին նախորդելն է `նախանշված« վերապատրաստման հաջորդականությամբ », որը բաղկացած է փոխարինող զրոյական խորհրդանիշներից և մեկ խորհրդանիշից (ինչպես վերը նշված գծապատկերում): Ստացողը կարող է օգտագործել այս մեկ զրոյից-մեկ-զրոյական անցումը `խորհրդանիշների միջև ժամանակային սահմանը որոշելու համար, և ապա փաթեթում մնացած խորհրդանիշները կարող են ճիշտ մեկնաբանվել` պարզապես կիրառելով համակարգի կանխորոշված ​​խորհրդանիշի տևողությունը:

Բազմապատկման ազդեցությունը
Ինչպես նշվեց վերևում, PSK- ի վերազինման հիմնական քայլը բազմապատկումն է: Ավելի կոնկրետ ՝ մենք մուտքային BPSK ազդանշանը բազմապատկում ենք տեղեկանքի ազդանշանի միջոցով ՝ հաճախականությանը հավասար հաճախականությամբ: Ինչ է դա իրականացնում: Եկեք նայենք մաթեմատիկային; նախ, արտադրանքը սահմանում է երկու սինուս գործառույթները.

 

Եթե ​​այս ընդհանուր սինուս գործառույթները վերածենք հաճախականության և փուլային ազդանշանների, ապա մենք ունենք հետևյալը.

Պարզեցնելով ՝ մենք ունենք.

Այսպիսով, երբ մենք բազմապատկում ենք հավասար հաճախության, բայց տարբեր փուլերի երկու սինուսոիդներ, արդյունքը սինուսոիդ է `կրկնակի հաճախականությամբ և օֆսեթով, որը կախված է երկու փուլերի տարբերությունից: 

Օֆսեթը բանալին է. Եթե ստացված ազդանշանի փուլը հավասար է հղման ազդանշանի փուլին, մենք ունենք cos (0 °), որը հավասար է 1. Եթե ստացված ազդանշանի փուլը 180 ° -ով տարբերվում է փուլից հղման ազդանշան, մենք ունենք cos (180 °), որը –1 է: Այսպիսով, բազմապատկողի ելքը կունենա դրական DC օֆսեթ երկուական արժեքներից մեկի համար, իսկ մյուս երկուական արժեքի համար բացասական DC օֆսեթ: Այս օֆսեթը կարող է օգտագործվել յուրաքանչյուր խորհրդանիշ մեկնաբանելու համար `որպես զրո կամ մեկ:

Սիմուլյացիայի հաստատում
Հետևյալ BPSK մոդուլյացիայի և վերազինման սխեման ցույց է տալիս, թե ինչպես կարող եք LTspice- ում ստեղծել BPSK ազդանշան.

Երկու սինուս աղբյուրները (մեկը ՝ փուլով = 0 ° և մեկը ՝ փուլով = 180 °) միացված են երկու լարման հսկիչ անջատիչներին: Երկու անջատիչները ունեն նույն քառակուսի ալիքի կառավարման ազդանշանը, իսկ միացման և անջատման դիմադրությունները կազմաձևված են այնպես, որ մեկը բաց է, մյուսը փակված է: Երկու անջատիչների «ելքային» տերմինալները կապված են միմյանց հետ, իսկ op-amp- ը բուֆերացնում է ստացված ազդանշանը, որը նման է հետևյալին.




Հաջորդը, մենք ունենք հղման սինուսոիդ (V4) հաճախականությամբ, որը հավասար է BPSK ալիքի ձևափոխմանը, և այնուհետև մենք օգտագործում ենք կամայական վարքային լարման աղբյուր `BPSK ազդանշանը բազմապատկելու միջոցով տեղեկանքի ազդանշանի միջոցով: Ահա արդյունքը.




Ինչպես տեսնում եք, վերազինված ազդանշանը ստացվում է ստացված ազդանշանի հաճախականությամբ, և այն ունի դրական կամ բացասական DC օֆսեթ ըստ յուրաքանչյուր խորհրդանիշի փուլի: Եթե ​​մենք այնուհետև ինտեգրենք այս ազդանշանը յուրաքանչյուր բիթային ժամանակաշրջանի հետ, ապա կունենանք թվային ազդանշան, որը համապատասխանում է բնօրինակ տվյալներին:

Համատեղ հայտնաբերում
Այս օրինակում ստացողի տեղեկանքի ազդանշանի փուլը համաժամեցվում է մուտքային մոդուլյացված ազդանշանի փուլով: Սա հեշտությամբ իրականացվում է սիմուլյացիայի միջոցով; դա էականորեն ավելի դժվար է իրական կյանքում: Ավելին, ինչպես քննարկվել է այս էջում «Դիֆերենցիալ կոդավորումը» խորագրով, սովորական փուլային հերթափոխումը չի կարող օգտագործվել համակարգերում, որոնք ենթակա են անկանխատեսելի փուլային տարբերությունների հաղորդիչի և ստացողի միջև: 

Օրինակ, եթե ստացողի տեղեկանքային ազդանշանը հաղորդիչի կրիչի հետ փուլից դուրս է 90 °, տեղեկանքի և BPSK ազդանշանի միջև փուլային տարբերությունը միշտ կլինի 90 °, իսկ cos (90 °) - 0. Այսպիսով, DC օֆսեթը կորել է, և համակարգը ամբողջովին ոչ ֆունկցիոնալ է:

Դա կարելի է հաստատել `V4 աղբյուրի փուլը 90 ° -ով փոխելով; ահա արդյունքը.

Ամփոփում
* Թվային վերազինումը պահանջում է բիթային ժամանակահատվածի համաժամացում; ստացողը պետք է կարողանա սահմանել հարակից խորհրդանիշների միջև եղած սահմանները:

* Երկուական փուլ-հերթափոխի ստացման ազդանշանները կարող են վերազինվել բազմապատկման միջոցով, որին հաջորդում է ինտեգրումը: Բազմապատկման փուլում օգտագործված տեղեկանքային ազդանշանն ունի նույն հաճախությունը, ինչ հաղորդիչի կրիչը:

* Սովորական փուլային հերթափոխի ստեղնումը հուսալի է միայն այն դեպքում, երբ ստացողի տեղեկանքի ազդանշանի փուլը կարող է պահպանել համաժամացումը սինխրոն փոխանցողի կրիչի փուլի հետ:

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ