Широков і Б, Дурманов М А

Севастопольський Національний технічний університет, Севастополь, Стрілецька бухта, Студмістечко, 99053, СевНТУ, кафедра радіотехніки ntk / (+38 0692) 55-000-5 afrc 55-414-5 E-mail ^ shirokov @ stel / sebastopol / ua

Анотація – Наведено аналіз двох методів модуляції радіосигналів при передачі цифрових даних Показано переваги квадратурної амплітудної модуляції з точки зору помехозащищенности каналу звязку У теж час показано переваги багаторівневої фазової модуляції з точки зору апаратурною реалізації пристрою передачі даних

I Введення

в даний час широке поширення в області передачі цифрової інформації отримали модуляція зсувом фази і комбінована модуляція, що отримала назву квадратурної модуляції Серед основних типів модуляції можна виділити наступні: BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM Більшої спектральної ефективністю володіють багатопозиційні сигнали, з яких найбільш часто використовують: чотирипозиційну фазову модуляцію (QPSK) і шестнадцатіпозіціонную квадратурну амплитудную модуляцію (16QAM)

Всі розглянуті типи модуляції мають однакову ефективну ширину спектра, яка дорівнює ширині головної пелюстки спектру Спектральна ефективність безпосередньо повязана зі швидкістю передачі даних Остання, в свою чергу, залежить від кількості можливих станів сигналу

II Основна частина

Розглянемо шестнадцатіпозіціонную фазову модуляцію (16PSK) Для визначення достоїнств і недоліків цього типу модуляції доцільно провести порівняльну характеристику між 16РЗКІ 16QAM

Насамперед, слід зазначити, що 16PSK і 16QAM мають однакову спектральну ефективність 16QAM має один головний недолік Він полягає в тому, що переданий сигнал кодується одночасними змінами амплітуди двох компонентів несучого гармонійного коливання, які зрушені по фазі один щодо одного на π / 2 Тому при використанні 16QAM високочастотні тракти передавача і приймача повинні бути високолінійний Енергетичні показники передавача при цьому істотно гірше, ніж при використанні сигналів з постійною огинаючої Разом з тим, сталість обвідної при 16PSK є важливою перевагою цих сигналів, так як високочастотні тракти передавача і приймача при цьому можуть працювати в нелінійному режимі, що, в свою чергу, дозволяє отримати максимальну вихідну потужність і ККД передавача

Далі найважливішим критерієм вибору того чи іншого типу модуляції є завадостійкість

Проведемо аналіз завадостійкості для розглянутих видів модуляції, який здійснимо за допомогою визначення мінімальної відстані між можливими станами сигналу dmin, вираженого через середню енергію, що припадає на один біт (£ б)

Знайдемо dmin для 16PSK Для наочності розглянемо посланий сигнал як точку в двомірної області Сукупність цих точок визначимо як сузіря сигналу, яке дозволить нам визначити характеристики розглянутих типів фазової модуляції Сузіря сигналу 16PSK зображено на малюнку 1 Величина помилки біта залежить від відстані між сусідніми позиціями сигналу в сузірї

Рис 1 Сузіря сигналу 16PSK Fig 1 16PSK signal constellation

можна визначити за форТакім чином, dmin мулі (1)

де Ej ^ – енергія сигналу, що припадає на один біт

d – мінімальна геометричне відстань між можливими станами сигналу

Виходячи з наведених раніше обставин отримаємо що для16PSK

Проведемо аналогічний розрахунок dmin в разі 16QAM На малюнку 2 зображено сукупність точок, положення яких характерно для розглянутого виду модуляції

Наскільки відомо, при квадратурної амплітудної модуляції передана інформація кодується одночасними змінами амплітуди і фази несучого коливання Як видно з малюнка 2 ми маємо справу з двома амплітудами різного рівня, які дорівнюють відповідно ± Ая ± ЗА Тобто в даному випадку ми можемо визначити тільки середнє значення енергії одного біта

Отже, беручи до уваги вищевикладені зауваження, нескладно визначити dmin для випадку 16QAM:

Рис 2 Сузіря сигналу 16QAM

Fig 2 16QAM signal constellation

Тепер порівняємо отримані результати Порахувавши відношення отриманих величин, маємо, що завадостійкість 16QAM в 1,6 рази вище завадостійкості 16PSK

З порівняння 16PSK і 16QAM випливає, що при однаковій смузі 16QAM має більшу перешкодостійкістю Однак цей недолік 16PSK легко виправимо Виходячи з виразу (1), для того щоб завадостійкість 16PSK і 16QAM була однаковою, необхідно збільшити енергію кожного біта сигналу в 2,56 рази

III                                  Висновок

Отже, виходячи з загального порівняння двох типів модуляції, можна зробити один головний висновок: застосування 16PSK найбільш доцільно в цифрових передавальних системах, які мають гарну енергетикою і у яких довжина каналу передачі не велика Вартість приемопередающего тракту при використанні модуляції 16PSK виявляється істотно нижче вартості тракту при використанні модуляції 16QAM, оскільки вимоги до лінійності трактів при першому виді модуляції практично відсутні

IV                           Список літератури

[ЦШіроков І Б, Шабан С А, Синіцин Д В, Полив-кін С Н Наритник Т Н До питання збільшення пропускної спроможності цифрових наземних мікрохвильових каналів звязку з многопозиционной фазової маніпуляцією 13-та Міжнародна КриМіКо 2003

[2]                  Schwartz, М Information Transmission, Modulation, and Noise, McGraw Hill, New York, 1980

[3]                  Feher,               Κ, Digital Communications with Microwave Applications, Prentice Hall, New Jersey, 1981

SELECTION OF MODULATION TYPE IN DIGITAL DATA TRANSMISSION SYSTEMS

Shirokov I B, Durmanov V A

Sevastopol National Technical University Studgorodok, Streletskaya Bay,

Sevastopol, 99053, Ukraina phone (+380 692) 55-000-5, fax 55-414-5,

E-mail: shirokov@stel sebastopol ua

Abstract – The analysis of two radio signal modulation methods in digital data transmission system is presented Advantages of quadrature-amplitude modulation are shown with respect to noise immunity in communications links At the same time, advantages of multilevel phase modulation for hardware implementation in data transmission devices are shown

I                                         Introduction

BPSK, QPSK 16QAM, 64QAM, and 256QAM are among the most widely used types of modulation The best spectral efficiency is provided by multilevel signals, among which quadrature phase shift keying (QPSK) and sixteenth phase quadrature amplitude modulation (16QAM) are applied most frequently

All the above types of modulation have identical effective spectrum width, while spectral efficiency is directly related to the data transfer rate

II                                        Main part

Let us carry out comparative estimation between 16PSK and 16QAM

16QAM has one basic drawback: the transmitted signal is encoded by simultaneously varying the amplitude of two components of carrier harmonious oscillations which have a π/2 phase shift relative to each other Therefore, in 16QAM applications HF circuits in transmitters and receivers should provide high linearity At the same time, the constancy of envelope in 16PSK offers significant advantage for these signals, since HF transmitter and receiver circuits are able of operating in a nonlinear mode allowing for maximum transmitter output and efficiency

Furthermore, noise immunity is the key consideration in selecting any type of modulation

Let us analyze noise immunity for the above kinds of modulation by determining minimal distance between probable states of signal expressed through the average bit energy Eg The value of bit error depends on the distance between adjacent signal positions in the constellation

It follows from the expression (1) that for 16PSKthe power of each signal bit should be increased 256 times to obtain the same noise immunity compared to 16QAM

III                                       Conclusion

Thus, based on the overall comparison of two types of modulation it may be concluded that 16PSK applications make sense in digital transmission systems that have good power and short transmission links The cost of transceiver circuits if the 16PSK modulation is used is significantly lower compared to that of 16QAM circuits, since virtually no requirements are imposed on circuits for the 16PSK modulation

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р