Kako demodulirati digitalnu faznu modulaciju

Demontiranje radio frekvencija
Saznajte kako izvaditi izvorne digitalne podatke iz valnog oblika faznog pomaka.

Na prethodne dvije stranice raspravljali smo o sustavima za izvođenje demodulacije AM i FM signala koji nose analogne podatke, poput (ne digitaliziranog) zvuka. Sada smo spremni pogledati kako povratiti izvorne informacije koje su kodirane pomoću trećeg općeg tipa modulacije, naime fazne modulacije.

Međutim, analogna fazna modulacija nije uobičajena, dok je digitalna fazna modulacija vrlo česta. Stoga, više smisla istražuje demodulaciju PM-a u kontekstu digitalne RF komunikacije. Istražit ćemo ovu temu pomoću binarnog faznog pomaka (BPSK); međutim, dobro je imati na umu da je kvadratno fazno tipkanje (QPSK) relevantnije za moderne bežične sustave.

Kao što naziv govori, binarno fazno pomicanje faza predstavlja digitalne podatke dodjeljivanjem jedne faze binarnom 0, a drugu fazu binarnoj 1. Dvije su faze odvojene za 180 ° radi optimizacije točnosti demodulacije - više odvajanje između dvije fazne vrijednosti olakšava za dekodiranje simbola.

Pomnožite i integrirajte - i sinkronizirajte
BPSK demodulator sastoji se prije svega od dva funkcionalna bloka: multiplikatora i integratora. Ove dvije komponente proizvode signal koji odgovara izvornim binarnim podacima. Međutim, krug sinkronizacije također je potreban jer prijemnik mora biti u mogućnosti odrediti granicu između bitova. Ovo je važna razlika između analogne demodulacije i digitalne demodulacije, pa pogledajmo pobliže.

 

U analognoj demodulaciji signal zapravo nema početak ili kraj. Zamislite FM odašiljač koji emitira audio signal, tj. Signal koji kontinuirano varira ovisno o glazbi. Zamislite sada FM prijemnik koji je u početku isključen. 

Korisnik u svakom trenutku može napajati prijemnik, a krug demodulacije započet će s izdvajanjem audio signala iz moduliranog nosača. Izvučeni signal može se pojačati i poslati zvučniku, a glazba će zvučati normalno. 

Prijemnik nema pojma predstavlja li zvučni signal početak ili kraj pjesme ili ako krug demodulacije počinje funkcionirati na početku mjere, ili odmah na ritmu, ili između dva otkucaja. Nije važno; svaka trenutna vrijednost napona odgovara jednom točnom trenutku u zvučnom signalu, a zvuk se ponovo stvara kada se sve ove trenutne vrijednosti pojavljuju uzastopce.

S digitalnom modulacijom situacija je potpuno drugačija. Ne bavimo se trenutačnim amplitudama, već nizom amplituda koji predstavljaju jedan diskretni podatak, naime, broj (jedan ili nula). 

Svaki niz amplituda - nazvan simbol, s trajanjem jednakim bitovima - mora se razlikovati od prethodnih i sljedećih sekvencija: Ako je radiotelevizija (iz gornjeg primjera) koristila digitalnu modulaciju, a prijemnik se uključio i počeo demodulirati na slučajna točka vremena, što bi se dogodilo? 

Pa, ako se slučajno prijamnik počne demodulirati na sredini simbola, pokušao bi protumačiti polovicu jednog simbola i pola sljedećeg simbola. To bi, naravno, dovelo do pogreške; simbol logika-jedan, praćen simbolom logika-nula, imao bi jednaku šansu da bude interpretiran kao jedan ili nula.

Jasno je, dakle, sinkronizacija mora biti prioritet u bilo kojem digitalnom RF sustavu. Jedan neposredan pristup sinkronizaciji je prethoditi svakom paketu unaprijed definiranim "trening sekvencama" koji se sastoji od naizmjeničnih nula simbola i jednog simbola (kao na gornjem dijagramu). Prijemnik može koristiti ove prijelaze jedna-nula-jedna-nula da identificira vremensku granicu između simbola, a zatim se ostatak simbola u paketu može pravilno interpretirati jednostavno primjenom unaprijed definiranog trajanja simbola sustava.

Učinak množenja
Kao što je gore spomenuto, temeljni korak demodulacije PSK je množenje. Preciznije, množimo dolazni BPSK signal referentnim signalom s frekvencijom jednakom frekvenciji nosača. Što ovo postiže? Pogledajmo matematiku; prvo, proizvod identificira za dvije sinusne funkcije:

 

Ako ove generičke sinusne funkcije pretvorimo u signale s frekvencijom i fazom, imamo sljedeće:

Pojednostavljujuće, imamo:

Dakle, kada množimo dva sinusoida jednake frekvencije, ali različite faze, rezultat je sinusoid dvostruke frekvencije plus odstupanje koje ovisi o razlici između dvije faze. 

Pomak je ključan: Ako je faza primljenog signala jednaka fazi referentnog signala, imamo cos (0 °), što je jednako 1. Ako je faza primljenog signala 180 ° različita od faze referentnog signala imamo cos (180 °), što je –1. Dakle, izlaz multiplikatora će imati pozitivno jednosmjerno jednosmjerno odstupanje za jednu od binarnih vrijednosti, a negativno jednosmjerno jednostranje za drugu binarnu vrijednost. Ovo odstupanje može se koristiti za tumačenje svakog simbola kao nule ili jedan.

Potvrda simulacije
Sljedeći krug modulacije i demodulacije BPSK pokazuje kako možete stvoriti BPSK signal u LTspice:

Dva sinusna izvora (jedan s fazom = 0 ° i jedan s fazom = 180 °) spojeni su na dva napona upravljana prekidača. Oba prekidača imaju isti upravljački signal kvadratnog vala, a otkloni i isključivanja konfigurirani su tako da je jedan otvoren dok je drugi zatvoren. Izlazni terminali dviju sklopki su spojeni, a op-amp međusobno pohranjuje rezultirajući signal, koji izgleda ovako:




Zatim imamo referentni sinusoid (V4) s frekvencijom jednakom frekvencijom valnog oblika BPSK, a zatim koristimo proizvoljni izvor napona ponašanja da umnožimo BPSK signal s referentnim signalom. Evo rezultata:




Kao što vidite, demodulirani signal dvostruko je frekvencija primljenog signala, a ima pozitivan ili negativan jednosmerni odmak prema fazi svakog simbola. Ako zatim integriramo ovaj signal u odnosu na svaki vremenski period, imat ćemo digitalni signal koji odgovara izvornim podacima.

Koherentna detekcija
U ovom primjeru faza referentnog signala prijemnika sinkronizirana je s fazom dolaznog moduliranog signala. To se lako postiže simulacijom; u stvarnom je životu bitno teže. Nadalje, kako se na ovoj stranici raspravlja u odjeljku "Diferencijalno kodiranje", uobičajeno tipkanje s faznim pomakom ne može se koristiti u sustavima koji su podložni nepredvidivim faznim razlikama između odašiljača i prijemnika. 

Na primjer, ako je referentni signal prijemnika 90 ° izvan faze s nosačem odašiljača, razlika u fazama između referentnog i BPSK signala uvijek će biti 90 °, a cos (90 °) je 0. Dakle, odstupanje istosmjerne vrijednosti je izgubljeni, a sustav je potpuno nefunkcionalan.

To se može potvrditi promjenom faze izvora V4 na 90 °; evo rezultata:

rezime
* Za digitalnu demodulaciju potrebna je sinkronizacija bita-razdoblja; prijemnik mora biti u mogućnosti odrediti granice između susjednih simbola.

* Binarni fazni pomaci s tipkama pomaka mogu se demodulirati množenjem nakon čega slijedi integracija. Referentni signal koji se koristi u koraku množenja ima istu frekvenciju kao nosač odašiljača.

* Uobičajeno fazno pomicanje faza pouzdano je samo ako faza referentnog signala prijemnika može održavati sinkronizaciju s fazom nosača odašiljača.

Ostavite poruku 

Lista Poruka