Како да се демодира модулацијата на дигиталната фаза

Демодулација на радиофреквенција
Дознајте за тоа како да ги извлечете оригиналните дигитални податоци од бранова форма со промена на копчињата.

На претходните две страници разговаравме за системите за вршење демоделација на сигналите AM и FM кои носат аналогни податоци, како што се (не дигитализирани) аудио. Сега сме подготвени да разгледаме како да ги повратиме оригиналните информации што се кодирани преку третиот генерален тип на модулација, имено, фазна модулација.

Сепак, модулацијата на аналогни фази не е вообичаена, додека модулацијата на дигитална фаза е многу честа појава. Така, има повеќе смисла да се истражи демодулацијата на премиерот во контекст на дигиталната RF комуникација. 'Llе ја разгледаме оваа тема со користење на копчињата за смена на бинарна фаза (BPSK); Сепак, добро е да се биде свесен дека тастатурата за промена на квадратната фаза (QPSK) е порелевантна за современите безжични системи.

Како што подразбира името, копчињата за менување на бинарни фази претставуваат дигитални податоци со доделување на една фаза на бинарни 0 и различна фаза на бинарна 1. Двете фази се одвоени за 180 ° за да се оптимизира точноста на демодулацијата - повеќе раздвојување помеѓу двете фазни вредности го олеснува да ги декодира симболите.

Множете и интегрирајте — и синхронизирајте
Демодулаторот BPSK се состои првенствено од два функционални блока: мултипликатор и интегратор. Овие две компоненти ќе произведат сигнал што одговара на оригиналните бинарни податоци. Сепак, потребно е и кола за синхронизација, бидејќи приемникот мора да биде во можност да ја идентификува границата помеѓу бит-периоди. Ова е важна разлика помеѓу аналогната демоделација и дигиталната демоделација, па ајде да разгледаме подетално.

 

Во аналогната демоделација, сигналот навистина нема почеток или крај. Замислете FM предавател кој емитува аудио сигнал, т.е. сигнал што постојано варира во зависност од музиката. Сега замислете FM приемник што првично е исклучен. 

Корисникот може да го напојува ресиверот во секој момент во време, и колото за демоделација ќе започне со вадење на аудио сигналот од модулираниот носач. Извадениот сигнал може да се засили и да се испрати до звучникот, а музиката ќе звучи нормално. 

Примачот нема идеја дали аудио сигналот претставува почеток или крај на некоја песна или ако колото за демоделација започнува да функционира на почетокот на мерката, или десно на ритамот, или помеѓу две удари. Не е важно; секоја моментална вредност на напон одговара на еден точен момент во аудио сигналот, а звукот повторно се создава кога сите овие моментални вредности се случуваат едноподруго.

Со дигитална модулација, ситуацијата е сосема поинаква. Ние не се занимаваме со моментални амплитуди, туку со низа амплитуди што претставува едно дискретно парче информации, имено, број (еден или нула). 

Секоја секвенца на амплитуди - наречена симбол, со траење еднаква на еден бит-период - мора да се разликува од претходните и следните секвенци: Ако радиодифузерот (од горенаведениот пример) користел дигитална модулација и приемникот се напојувал и почнал да се демодира во случаен момент, што би се случило? 

Па, ако приемникот се случи да започне со демодулирање на сред симбол, ќе се обиде да интерпретира половина од еден симбол и половина од следниот симбол. Ова, се разбира, ќе доведе до грешки; лого-еден симбол проследен со логички-нула симбол ќе има еднаква шанса да се толкува како еден или нула.

Тогаш, јасно е дека синхронизацијата мора да биде приоритет на секој дигитален RF систем. Еден директен пристап кон синхронизација е да му претходи на секој пакет со претходно дефинирана „тренинг секвенца“ која се состои од наизменични нула симболи и еден симбол (како во горенаведениот дијаграм). Примачот може да ги искористи овие транзиции еден-нула-еден-нула за да ја идентификува временската граница помеѓу симболите, а потоа остатокот од симболите во пакетот може да се толкува правилно, едноставно со примена на претходно дефинирано времетраење на симболот на системот.

Ефектот на множење
Како што споменавме погоре, основен чекор во демодулацијата на ПСК е множење. Поточно, ние го помножуваме влезниот BPSK сигнал со референтен сигнал со фреквенција еднаква на фреквенцијата на носачот. Што постигнува ова? Ајде да погледнеме во математиката; прво, производот идентификува за две синусни функции:

 

Ако ги претвориме овие генерички синусни функции во сигнали со фреквенција и фаза, го имаме следново:

Поедноставување, имаме:

Значи, кога размножуваме два синусоиди со еднаква фреквенција, но различна фаза, резултатот е синусоид од двојна фреквенција плус офсет, кој зависи од разликата помеѓу двете фази. 

Офсет е клучот: Ако фазата на примениот сигнал е еднаква на фазата на референтниот сигнал, имаме cos (0 °), што е еднакво на 1. Ако фазата на примениот сигнал е 180 ° се разликува од фазата на референтен сигнал, имаме cos (180 °), што е –1. Така, излезот на мултипликаторот ќе има позитивно DC офсет за една од бинарните вредности и негативно DC комплет за друга бинарна вредност. Ова офсет може да се користи за да се толкува секој симбол како нула или еден.

Потврда за симулација
Следното BPSK коло за модулација и демодулација ви покажува како можете да креирате сигнал BPSK во LTspice:

Два синусни извори (еден со фаза = 0 ° и еден со фаза = 180 °) се поврзани со два контролери на напон. Двата прекинувачи имаат ист сигнал за контрола на квадратни бранови, а отпорните за вклучување и исклучување се конфигурирани така што едниот е отворен, додека другиот е затворен. „Излезните“ терминали на двата прекинувачи се врзани заедно, а оп-засилувачот го аферира добиениот сигнал, што изгледа вака:




Следно, имаме референтен синусоид (V4) со фреквенција еднаква на фреквенцијата на брановата форма на BPSK, а потоа ние користиме произволен извор на напон во однесувањето за да го помножиме сигналот BPSK со референтен сигнал. Еве го резултатот:




Како што можете да видите, демоделираниот сигнал е двојно поголема од фреквенцијата на примениот сигнал и има позитивно или негативно DC-офсет според фазата на секој симбол. Ако тогаш го интегрираме овој сигнал во однос на секој бит-период, ќе имаме дигитален сигнал што одговара на оригиналните податоци.

Кохерентно откривање
Во овој пример, фазата на референтниот сигнал на ресиверот се синхронизира со фазата на дојдовниот модулиран сигнал. Ова лесно се постигнува во симулација; тоа е значително потешко во реалниот живот. Понатаму, како што е дискутирано на оваа страница под „Диференцијално кодирање“, вообичаеното фази на смена не може да се користи во системи што подлежат на непредвидливи фазни разлики помеѓу предавателот и приемникот. 

На пример, ако референтниот сигнал на приемникот е 90 ° од фазата со носачот на предавателот, фазата на разликата помеѓу референцата и сигналот BPSK секогаш ќе биде 90 °, а cos (90 °) е 0. Така, офсет DC е изгубени, а системот е целосно нефункционален.

Ова може да се потврди со промена на фазата на изворот V4 на 90 °; еве го резултатот:

Резиме
* Дигиталната демоделација бара синхронизација на периоди; приемникот мора да може да ги идентификува границите помеѓу соседните симболи.

* Бинарни-фазни-сигнални копчиња за промена, можат да бидат демоделирани преку множење проследено со интеграција. Референтниот сигнал што се користи во чекор за множење има иста фреквенција како носач на предавателот.

* Обичното копче за промена на фазата е сигурен само кога фазата на референтниот сигнал на приемникот може да ја одржи синхронизацијата со фазата на носачот на предавателот.

Остави порака 

Список со пораки