Почему цифровая модуляция сужает спектр?

Начинаю цикл статей, где рассказывается об основных форматах цифровой модуляции, их основных применениях, относительной спектральной эффективности, а так же приведено несколько вариантов основных типов модуляции для использования в практических системах.

символьная скорость

Разберем, что такое символьная скорость и битовая скорость. К счастью, существует ограниченное количество типов модуляции, которые присутствуют в практически в любой системе.

В следующем списке говорится о применении различных форматов модуляции в беспроводных коммуникациях и передаче видеоданных.

  1. MSK, GMSK – применяются в системах GSM и CDPD
  2. BPSK – применяется при космической телеметрии, а также в кабельных модемах
  3. QPSK, П/4 QPSK – применяются в спутниковой связи, CDMA, NADC, TETRA, PHS, PDC, LMDS, DVB-S, кабельные сети (обратная связь), кабельные модемы, TFTS
  4. OQPSK – применяется в спутниковой связи и CDMA
  5. FSK, GFSK – применяется в DECT, пейджинговой связи, RAM mobile data, AMPS, CT2, ERMES, местной связи и общественной безопасности
  6. 8, 16 VSB – северо-американское цифровое телевидение (ATV), широкополосная связь, кабельные системы
  7. 16QAM – микроволновая радиосвязь, модемы, DVB–C, DVB–T
  8. 32QAM – наземная микроволновая связь, DVB-T
  9. 64QAM – применяется в DVB-C, модемы, широкополосные устройства, MMDS
  10. 256 QAM – модемы, DVB-C (Европа), Цифровое видео (США)

Хотя статьи в этой рубрике и сфокусированы на беспроводной связи, типы модуляции для передачи видеоданных также включены в список для полноты картины, а так же из-за своего сходства с другими беспроводными средствами связи.

Для того, чтобы понимать и сравнивать различные форматы модуляции, для начала важно понять разницу между битовой и символьной скоростью. Необходимая ширина полосы частот сигнала канала связи зависит не от битовой, а от символьной скорости.

Символьная скорость равна отношению битовой скорости и количества битов в каждом символе. Битовая скорость – это скорость потока битов в системе. В качестве примера можно взять радиосвязь с 8-битным квантованием и дискретизацией с частотой 10 кГц для голоса. Битовая скорость, основная скорость битового потока в радиосвязи, будет равна 80 кбит/с. (Пока мы будем игнорировать внешние биты, необходимые для синхронизации, коррекции ошибки и т.д.).

На рисунке 10 приведен пример статической диаграммы сигнала с квадратурной фазовой манипуляцией (QPSK). Состояния могут быть отображены нулями или единицами. Это наиболее общее отображение, но не единственное. Могут использоваться любые отображения.

Символьную скорость можно представить как битовую скорость, поделенную на число битов, передаваемых в каждом символе. Если на один символ передается один бит, как например в BPSK (двоичная фазовая манипуляция), то символьная частота будет равна битовой, и равна 80 кбит/с. Если в одном символе передаются 2 бита, как например в QPSK, то символьная скорость будет равняться половине битовой скорости, то есть 40 кбит/с.

Символьную скорость измеряют в бодах. Нужно запомнить, что 1 бод – это не 1 бит/с. Эти два понятия часто путают. Если в одном символе может быть передано большее количество битов, то тоже самое количество данных может быть передано в более узкой полосе частот. Вот почему форматы модуляции, являющиеся более сложными  и использующие большее число состояний (позиций), могут передавать туже самую информацию в более узкой части радиочастотного спектра.

Теперь обсудим спектральные (полосовые) требования. Влияние символьной скорости на спектральные требования можно увидеть на примере восьмипозиционной фазовой манипуляции (8QPSK). Это один из видов PSK. Имеются восемь возможных состояний, которые сигнал в любое время может принять. Фаза сигнала может принять любое из восьми значений за время одного символа. Так как 8 = 2 в степени 3, то на один символ приходится 3 бита. Это означает, что символьная скорость равна 1/3 от битовой скорости. Данный вид модуляции относительно просто декодировать.

символьный код

А как вы думаете, для чего нужны символьные синхроимпульсы? Символьные синхроимпульсы представляются частотой и точной синхронизацией передачи отдельного символа. В течении одного такта передачи передается текущее достоверное значение I/Q (или амплитуда/фаза), соответствующее определенному символу (определенной точке созвездия).

Об авторе admin

Инженер. Окончил НГТУ по специальности "Радиосвязь, телевидение и радиовещание". С 2003 г. занимаюсь разработкой электронной начинки различных радиотехнических устройств и приборов.
Запись опубликована в рубрике Все статьи, Цифровая модуляция - это просто!. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

4 комментария на «Почему цифровая модуляция сужает спектр?»

  1. Спасибо за статью ради уважения к творчеству,но тема не раскрыта,сложно следить за мыслью,непонятно почему 8=23 и самое главное для начинающих познавать, как это все передается.Все время для сравнения вспоминаю старинные советские познавательные учебники-как просто и доступно писали авторы,как чудесно были сделанны иллюстрации поясняющие работу. Желаю удачи ибо передать человеку нужна особая модуляция которая приходит со временем .

  2. Alexander говорит:

    Хотел, заметит некоторые несоответствия в обозначение параметров измерений.
    1. Так как, по международному стандарту в Бодах измеряется тактовая скорость радиопередачи. То ест, в зависимости от модуляции количество тактовых изменений во время передачи информации за промежуток времени (примерно 1 сек.).
    2. В цифровой радиопередаче ASK, FSK, PSK (Shift Key) и.т.п в зависимости тактовых изменений (амплитуды, частоты или фазы) на каждое состояние вычисляется количество посланных бит.
    Например:
    BPSK – 1 бит, QPSK – 2 бит, 8PSK – 3 бит.
    3. Под обозначением символьной скорости, в зависимости от кодовой таблицы (Морзе, Бод, ASCII и др.) подразумевается число бит или элм.пос. на каждый символ во время передачи информации за промежуток времени (примерно 1 сек.).

Оставить комментарий