4.3.3. ФАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ

В системах передачи данных фазомодулированными сигналами реализуема как двоичная, так и многопозиционная модуляция. Для средних скоростей передачи получили применение четырех- и восьмипозиционные системы фазоразностной модуляции (ом. том разд. 7.2.1 и 7.2.2), что обусловлено простотой и дешевизной их

гцифровой реализации. На рис. 4.25 показан только один из возможных двоичных фазомодулированных сигналов (строка 4).

Более точные определения и соотношения будут рассмотрены шиже. При этом не будем более описывать расчет спектров и мгновенной фазы в функции времени — характеристик, важных и для этих систем [4.29], поскольку необходимые соотношения уже были получены при анализе частотномодулированных сигналов (см. разд. 4.3.2).

При передаче данных фазомодулированными сигналами носителями информации является либо разность фаз сигнала в точках отсчета, либо фаза сигнала по отношению к фазе смодулированного несущего колебания. Для наглядности на рис. 4.38 показаны различные виды фазомодулированных сигналов.

Рис. 4.38. Фазомодулированные сигналы: а) фазовая модуляция б) фазоразностная модуляция в) частотноразностная фазовая модуляция

При фазоразностной модуляции (ФРМ) (рис. 4.386) характеристическим значением, несущим информацию, является либо

т. е. разность между фазами сигнала в моменты отсчета либо скачок фазы

Это равенство следует согласно рис. 4.39 из Соотношения

где круговая несущая частота; длительность посылки. При этом предполагается, что тактовый интервал кроме целого числа периодов несущей содержит еще часть этого периода:

где . В отличие от этого, фазовая модуляция (см. рис. 4.38) характеризуется

Здесь фаза сигнала рассматривается по отношению к фазе сррп немодулированного несущего колебания в тот же момент времени.

Условием восстановления информации после передачи при таком виде ее представления является знание абсолютной фазы на приеме. Для восстановления абсолютной фазы в приемнике должен использоваться (см. разд. 4.4.2) либо пилот-сигнал, либо заданная синхронизирующая двоичная последовательность. Эту трудностъ, как видно из (4.30) и (4.31), можно обойти путем применения ФРМ, так как в эти соотношения фаза несущей не входит. Однако поскольку при восстановлении информации без участия несущей неизбежна известная потеря помехоустойчивости (см. разд. 4.5), то и для ФРМ разработаны синхронные методы демодуляции. При этих методах само по себе значение фазы несущего колебания, в отличие от ФМ, несущественно, важно лишь его постоянство.

Другой вариант фазовой модуляции — частотноразностная фазовая модуляция (ЧРФМ) (рис. специально приспооблен к условиям коротковолновой связи (см. том 2, разд. 10.3.2). Внезапное изменение отражающих свойств слоев ионосферы за время между двумя тактами может привести к значительному изменению длины пути распространения волн. В результате при ФРМ (с дифференцированием по времени) возможно недопустимо сильное искажение фазы по отношению к Это искажение устраняется при благодаря одновременной передаче двух фазомодулированных сигналов с соседними несущими частотами и . Информация представляется величиной

где показанные на рис. 4.38в фазы модулированных сигналов с несущими частотами Опыт показывает, что при коротковолновой связи искажения фазы, вызванные помехами, достаточно точно совпадают для обоих сигналов, если их несущие

частоты отличаются менее чем на Фазовая модуляция несущего колебания осуществляется либо в форме «жесткой» манипуляции путем скачкообразного переключения фазы и последующего ограничения полосы частот, либо в форме «мягкой» манипуляции, при которой ограничение полосы частот происходит перед модуляцией.

На рис. 4.39 показано изменение фазы (а) и самого сигнала (б) при фазовой модуляции. Для сравнения в каждом случае показаны графики для неограниченного по полосе, жесткого манипулирующего сигнала (сплошная линия) и сигнала с ограниченной полосой частот (пунктирная линия).

Рис. 4.39. Фазомодулированный сигнал: а) фазовая характеристика; б) временная диаграмма

Стремятся к тому, чтобы, как и на рис. 4.39, фазы ограниченного по полосе сигнала в моменты отсчетов точно достигали характеристических значений. Форма ограничения полосы соответствует ограничению в системах амплитудной модуляции с двумя боковыми полосами или квадратурной амплитудной модуляции, поскольку фазомодулированный сигнал можно интерпретировать как сигнал квадратурной амплитудной модуляции (см. разд. 4.3.1.3).

На приеме информация может быть восстановлена либо путем демодуляции с помощью умножителей, т. е. путем восстановления и обработки первичного сигнала, либо путем непосредственного

сравнения фаз сигналов несущих частот. Первый метод, использующий перемножение принимаемого сигнала с опорным колебанием, является классическим [4.34, 31]. Если в качестве опорного колебания применяется синхронное несущее колебание

то говорят о когерентной демодуляции (рис. 4.40). Если записать принимаемый сигнал в форме

где — его огибающая, то в результате демодуляции с применением умножителей после подавления фильтром нижних частот продуктов модуляции вне полосы частот первичного сигнала в моменты отсчетов получаем

или в сокращенной записи

Рис. 4.40. Демодулятор фазомодулированных сигналов на основе умножителей (когерентная демодуляция; при когерентно-разностной демодуляции синхронизированный генератор опорного сигнала заменяется звеном задержки на время ): ГОС — синхронизированный генератор опорного сигнала; демодулятор; фильтр нижних частот; отсчетная схема

При демодуляции сигналов двоичного кода характеристические значения фазы или однозначно соответствуют знаку косинуса в (4.33). Сигналы многопозиционного кода требуют демодуляции с применением определенным образом сдвинутых по фазе несущих колебаний. Например, при декодировании четырехпозиционного сигнала со значениями фазы этот фазовый сдвиг имеет значение и вместо (4.33) в момент отсчета получаем

Каждой комбинации знаков косинуса в (4.33) и (4.34) соответствует характеристическое значение фазы по схеме

Для демодуляции сигналов ФРМ в качестве опорного колебания вместо синхронной несущей достаточно использовать сам сигнал, задержанный на тактовый интервал . В этом случае говорят о разностной когерентной демодуляции. В отличие от когерентной демодуляции, появляющийся при этом сигнал пропорционален или

Альтернативой демодуляции с применением умножителей является непосредственное сравнение фаз сигналов несущих частот в соответствии с (4.30) или (4.31) [4.36, 31].

Смодулированное опорное колебание (с круговой частотой которое, как на рис. 4.41, в значащий момент времени имеет фазу модулированного сигнала, в следующий значащий момент имеет фазу Если в момент образуется разность фаз между опорным колебанием и модулированным колебанием (с фазой то согласно (4.31) и (4.32) получается значение изменения фазы, несущее информацию.

Рис. 4.41. Демодуляция сигнала ФРМ путем сравнения с опорным колебанием по фазе

При разностной когерентной демодуляции для достижения частости ошибок не выше заданной требуется большее отношение сигнал/шум, чем при когерентной демодуляции. Поэтому целесообразно сигналы ФРМ также демодулировать когерентно, что делает их менее чувствительными к помехам в канале связи. При этом, в отличие от когерентной демодуляции сигналов ФМ, не нужно знать значения фаз несущих, должна быть известна лишь разность фаз двух несущих. Демодуляция производится, например, по правилу

т. е. сигнал ФРМ и немодулированная несущая сдвигаются в интервале между двумя моментами отсчета по фазе друг

относительно друга на значение фазового скачка (перехода) . Так как абсолютное значение фазы несущей вследствие образования разности в (4.35) устраняется, то синхронизация обеспечивается самим сигналом данных без помощи пилот-сигналов или синхронизирующих последовательностей.

Сигналы частотноразностной фазовой модуляции также демодулируются когерентно. Демодуляция с применением умножителей при этом проводится для каждой из двух частот сигнала в отдельности.

4.3.3.1. УДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ПРИ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ

В разд. 4.3.3 упоминалось, что для фазомодулированных сигналов полоса частот ограничивается так же, как и для амплитудно-модулированных сигналов. В зависимости от коэффициента сглаживания (см. разд. 4.1.4) при двухиозиционной передаче с двумя боковыми полосами, рассматривавшейся выше, удельная скорость передачи находится в пределах от 0,5 до Она может быть повышена за счет применения многопозиционных сигналов, о чем говорилось уже в разд. 4.1.6.