Квадратурные диаграммы

Современные модуляторы для цифровых систем передачи строятся, как правило, по квадратурной схеме. В таком модуляторе выходной сигнал образуется суммированием двух различных модулированных сигналов, несущие которых имеют между собой фазовый сдвиг 90⁰. Входы двух модулирующих сигналов квадратурного модулятора обозначаются I и Q: I (синфазный) относится к каналу, в котором начальный фазовый сдвиг несущей принимается равным 0⁰, Q - к каналу, несущая в котором сдвинута на 90⁰.

Рисунок 3.2 К пояснению преобразования полярной диаграммы в квадратурную

Для адекватного отображения пространства сигналов на выходе квадратурного модулятора полярные диаграммы преобразуют в прямоугольную систему координат, в которой по горизонтальной оси I откладывают уровень сигнала в синфазном канале, а по вертикальной оси Q - уровень сигнала в квадратурном канале. Все остальные построения соответствуют полярной диаграмме с учетом того, что ось I символизирует нулевой фазовый сдвиг, а ось Q - сдвиг на 90⁰. Проекции вектора сигнала на оси I и Q‚ рассматривают как его квадратурные компоненты. Рис. 3.2 поясняет переход от полярной диаграммы к квадратурной, а полные квадратурные диаграммы для 4-PSK и 8-PSK показаны на рис. 3.3.

Для упрощения рисунка квадратурной диаграммы, особенно при отображении сигналов современных многопозиционных видов модуляции, обычно изображают только конечные точки векторов, исходящих из начала координат, а сами векторы, как правило, опускают. Часто опускают и сами оси I и Q, подразумевая, что они проходят через центр симметрии фигуры. Полное множество модулированных сигналов, изображенных на квадратурной диаграмме в виде точек, называют сигнальным созвездием, а сами сигналы - точками созвездия. Форма сигнального созвездия соответствует виду модуляции, а расстояния между точками созвездия характеризуют помехоустойчивость при приеме сигнала. Если требуется пометить точки созвездия, рядом с ними размещают значения битов модулирующих сигналов, которые порождают данный модулированный сигнал с конкретными значениями фазы и амплитуды.

Рисунок 3.3 Полные квадратурные диаграммы для модуляций 4- PSK (а) и 8- PSK (б)

В качестве примера на рис. 3.4 показаны несколько простых созвездий: одномерных для амплитудной модуляции (АМ) и двумерных для фазовой модуляции (PSK), геометрическим местом точек которых являются соответственно прямая и окружность.

Рисунок 3.4 Сигнальные созвездия для амплитудной (а) и фазовой (б) модуляций

Здесь следует заметить, что показанные созвездия АМ получаются при использовании в качестве модулирующего сигнала биполярных импульсов, значащие уровни которых симметричны относительно нулевого уровня. При модуляции отрицательными импульсами одновременно изменяется на противоположную и фаза сигнала. Поэтому такая АМ может рассматриваться и как разновидность PSK. При классической АМ с пассивной паузой, когда состоянию 1 соответствует некоторый уровень несущей, а состоянию 0 - отсутствие несущей, созвездие будет иметь несимметричный характер: точка 0 будет расположена в центре координат, а точка 1 - в области положительных значений оси I. При однополярном многоуровневом модулирующем сигнале созвездие АМ представляется рядом точек на одной из полуосей I. При классической фазовой модуляции изменению подлежит только фаза сигнала при неизменной его амплитуде. Поэтому в зависимости от кратности модуляции созвездие PSK представлено соответствующим числом точек, расположенных на окружности. Двоичная фазовая модуляция ничем не отличается от двоичной АМ с биполярным модулирующим сигналом и имеет такое же одномерное созвездие.