Формирование спектра QPSK сигнала с помощью фильтров Найквиста
Ранее мы рассматривали вопрос сужения полосы сигнала при использовании формирующих фильтров Найквиста с частотной характеристикой вида приподнятого косинуса. Формирующие фильтры позволяют обеспечить передачу BPSK сигнала со скоростью 1 бит/с на 1 Гц полосы сигнала при исключении межсимвольной интерференции на приемной стороне. Однако такие фильтры нереализуемы, поэтому на практике применяют формирующие фильтры обеспечивающие 0.5 бит/c на 1 Гц полосы сигнала. В случае с QPSK скорость передачи 
информации вдвое больше символьной скорости 
, тогда использование формирующих фильтров дает нам возможность передавать 0.5 символа в секунду на 1 Гц полосы, или 1 бит/с цифровой информации на 1 Гц полосы при использовании фильтра с АЧХ вида приподнятого косинуса. Мы говорили, что импульсная характеристика 
формирующего фильтра Найквиста зависит от параметра 
имеет вид:
| (5) |
На рисунке 8 показаны спектры 
и 
при использовании формирующих фильтров Найквиста с параметром 
.
 Рисунок 7: Спектр QPSK сигнала
|  Рисунок 8: Спектр QPSK сигнала с формирующим фильтром Найквиста
|
На рисунке 8 черным показан спектр QPSK сигнала без использования формирующего фильтра. Видно что применение фильтра Найквиста позволяет полностью подавить боковые лепестки как в спектре BPSK так и в спектре QPSK сигналов. Структурная схема QPSK модулятора при использовании формирующего фильтра показана на рисунке 9.
|
|
|
Рисунок 9: Структурная схема QPSK модулятора с использованием формирующего фильтра
Графики поясняющие работу QPSK модулятора показаны на рисунке 10.
Рисунок 10: Поясняющие графики
Цифровая информация поступает со скоростью и преобразуется в символы 
и 
в соответствии с созвездием QPSK, длительность одного передаваемого символа равна 
. Тактовый генератор выдает последовательность дельта-импульсов с периодом 
, но отнесенных к центру импульса и , как это показано на четвертом графике. Импульсы тактового генератора стробируют и при помощи ключей и получаем отсчеты 
и 
, показанные на двух нижних графиках, которые возбуждают формирующий фильтр интерполятор с импульсной характеристикой и на выходе имеем синфазную 
и квадратурную 
составляющие комплексной огибающей, которые подаются на универсальный квадратурный модулятор. На выходе модулятора получаем QPSK сигнал с подавлением боковых лепестков спектра.
Обратим внимание, что синфазная и квадратурная составляющие становятся непрерывными функциями времени, в результате вектор комплексной огибающей QPSK уже не находится в точках созвездия, перескакивая во время смены символа, а непрерывно движется комплексной плоскости как это показано на рисунке 11 при использовании фильтра приподнятого косинуса с различными параметрами 
.
|
|
|
| 
|
| 
|
Рисунок 11: Траектории движения вектора комплексной огибающей QPSK сигнала при различных параметрах формирующего фильтра Найквиста
На верхнем левом графике показана векторная диаграмма при отсутствии формирующего фильтра при скачкообразном перемещении вектора комплексной огибающей. Если включить фильтр Найквиста, то при уменьшении векторная диаграмма превращается в «клубок». При получаем наилучшее приближение к идеальной диаграмме.
При непрерывном движении вектора комплексной огибающей его амплитуда начинает меняться во времени, значит у QPSK сигнала при использовании формирующего фильтра начинает меняться амплитудная огибающая 
, что наглядно демонстрируется осциллограммой QPSK сигнала, показанной на рисунке 12.
Рисунок 12: Осциллограмма QPSK сигнала при использовании формирующего фильтра Найквиста
Видно, что фильтр Найквиста приводит к появлению паразитной амплитудной модуляции. При этом в точках когда и синфазная и квадратурная составляющие комплексной огибающей равны нулю, амплитуда 
QPSK сигнала также падает до нуля, и фаза поворачивается на 
радиан. Глубокая амплитудная модуляция это негативный эффект, который мы будем устранять в следующей статье при рассмотрении офсетной QPSK (OQPSK) модуляции. Важно отметить, что при непрерывных и фазовая огибающая (3) также становится непрерывной функцией времени и перестает меняться скачкообразно а плавно перетекает от символа к символу, что и приводит к сужению спектра QPSК сигнала при использовании формирующего фильтра.
|
|
|
Выводы
В данной статье мы ввели новое понятие – символьной скорости передачи информации, рассмотрели как можно одним символом закодировать два бита передаваемой информации при использовании QPSK модуляции. Было рассмотрено созвездие QPSK сигнала и структурная схема QPSK модулятора. Мы также проанализировали спектр QPSK сигнала и пути его сужения при помощи формирующего фильтра Найквиста (приподнятого косинуса). При этом было установлено, что включение формирующего фильтра приводит к непрерывному движению вектора комплексной огибающей QPSK сигнала по комплексной плоскости, в результате чего сигнал приобретает амплитудную огибающую. В следующей статье мы продолжим знакомится с QPSK, в частности рассмотрим ее разновидности: офсетную QPSK и pi/4 QPSK.
|
|
|
Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 24; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!