whatsapp call admin

مقاله در مورد مدولاسیون QAM

word قابل ویرایش
16 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

مدولاسیون QAM

– تعریف مدولاسیون QAM:
در مدولاسیونMPSK اختلاف فقط در فاز پالس ها است و در مدولاسیون MASKاختلاف فقط در دامنه پالس ها است ولی درمدولاسیونMQAM اختلاف در فازو دامنه پالس ها است.
لازم به ذکر است که M=2 پالس ها و لذا سیگنال متشکل از آنها را می توان به دو مولفه سینوسی _ کسینوسی تجزیه کرد یعنی در این حالت هم سیگنال نظیردو مدولاسیون DSB است یکی با و دیگری با به این دلیل به آن QAM گفته می شود.

مدولاسیون MQAM همانطور که گفته شد دارای دو کاریر می باشد که یکی دقیقا با ْ۹۰ درجه اختلاف فاز نسبت به دیگری وجود دارد. همانطور که در شکل زیر دیده می شود٬ابتدا دو مولفه I وQ در مدولا تور QAM به صورت زیر تولید می شود:
مدولاسیون MQAM دارای عرض باند می باشد و برای آشکار سازی کافی است همبستگی با دو مولفه سینوسی و کسینوسی محاسبه شود.
۳-۲-مودم QAM:
یک سیستم مخابراتی به صورت عموم دیتا می گیرد و بعد از انجام برخی از پردازشها و تبدیل فرکانسی دیتا را می فرستد و همین عمل را به صورت معکوس در گیرنده انجام می دهد. بلوک دیاگرام یک سیستم QAM در شکل نشان داده شده است.

شکل ۱۶: بلوک‌دیاگرام فرستنده-گیرنده

در یک سیستم مخابراتی دیجیتال سیگنالهای ورودی به مودم یک رشته سیگنال از یک منبع دیجیتال یا یک کد گذار کانال.اگر هر چند هم که سیگنال ورودی به مودم بوسیله یک منبع آنالوگ تولید شده باشد ٬ باید قبل از قرار گرفتن در جایگاه نمونه برداری به پهنای باند B محدود شود.طبق قضیه نایکوئیست حتما فرکانس نمونه برداری باید دو برابر پهنای باند باشد .

به عنوان مثال بیشترین انرژی یک سیگنال صدا در فرکانس زیر متمرکز شده و از این رو سیگنال های صحبت به طور نوعی دارای یک فیلتر پایین گذر با پهنای باند هستند و این یک سرعت نمونه برداری برای فرکانس یا بالاتر را طلب میکند. لازم به ذکر است که اغلب سیستم های مخابراتی برای انتقال صدا از سرعت نمونه برداری برای فرکانس استفاده می کنند.

بعد از این مقدمه ما به شرح هر یک از بلوک های به کاررفته در یک مودم می پردازیم:
۳-۳- بخش فرستنده:
_مبدل انالوگ به دیجیتال:
مبدل آنالوگ به دیجیتال ( (ADCسیگنال با باند محدود را به منظور انتقال و عمل دیجیتال کردن آن میگیرد و هر سطح کوانتیزاسیون آنالوگ را در هر بار نمونه برداری به یک سطح کوانتیزاسیون مجزا تبدیل می کند .
به عنوان مثال در یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ۸ بیتی به ازای هر سطح کوانتیزاسیون جدا شده یک پاسخ باینری ۸ بیتی در خروجی داریم.نمودار زیر بیانگر نوع عملیات در یک ADC می باشد:

شکل۱۷:امواج ورودی و خروجی به ADC

اختلاف بین سیستم های مخابراتی دیجیتال و اغلب سیستم های مخابراتی آنالوگ سنتی در بکارگیری تکنیک انتقال سیگنال می باشد. در یک رادیو آنالوگ سیگنال فرستاده شده به صورت مستقیم مدوله شده و اغلب با ضرب ساده با کاریر حمل می شود.در طرف دیگر سیستم های دیجیتال بیشتر از مدولاسیون همبستگی استفاده می کنند که می تواند دیتای ورودی را با کیفیت خوب بر روی کاریر نگاشت می کند. با وجود پیچیدگی سیستم دیجیتال استفاده از تکنیک دیجیتال به این علت است که لینک دیجیتال می تواند سیگنال پردازش شده را با خطای کمتری تحویل دهد در حالیکه در سیستم آنالوگ به دلیل وجود همیشگی نویزهای گوسی در وسائل و تجهیزات شاهد افت اطلاعات هستیم.
_بخش :Mapping
در عمل Mappingبیتهای اطلاعات بر روی رشته های مدوله شده با کاریرهای I وQ قرا

ر دارند و نقش اساسی در تعیین مشخصات یک مودم را بازی می کنند.
Mapping می تواند به وسیله یک دیاگرام که دیاگرام فضای حالت نامیده می شود نشان داده شود. یک چنین دیاگرامی از از یک منحنی دو بعدی حاصل می شود که دامنه های لول

های IوQ در هر یک از نقاط منحنی مشخص شده باشد .برای یک مدولاسیون دامنه باینری ساده دیاگرام آن دارای دو نقطه میباشد که هر دو در طرف مثبت محور Xها قرار دارد.
دامنه منفی در اصل نشان می دهد که در انتقال یک سیگنال یک شیفت فازی به اندازه ۱۸۰ درجه انجام شده است. نقاطی که در روی دیاگرام شیفت فازی پیدا می کنند می توانند برای ما این نکته را توصیف کنند که این نقاط هم دارای فاز و هم دارای دامنه می باشند که دامنه نشان دهنده خاصیت مغناطیسی کاریر فرستاده شده می باشد و فاز نشان دهنده شیفت فازی از کاریر نسبت داده شده به اسیلاتور محلی در فرستنده می باشد. در این دیاگرام مولفه های (Inphase) IوQ(Quadrature) به ترتیب در روی دو محور XوY قرار دارند. ودر یک دیاگرام مربعی ۱۶QAM که در شکل زیر نشان داده شده است هر نقطه با یک سمبل ۴ بیتی نشان داده شده است:

شکل۱۸:دیاگرام فضای حالت ۱۶QAM

که شامل بیتهای هم فاز و و بیتهای تربیعی و می باشد که به منظور ترکیب و و و در میان آنها قرار داده شده است.
مولفه های IوQ موجود در ربع چهارم بوسیله بیتهای ۰۱ و ۰۰ و ۱۰ و۱۱ کدبندی گری شده اند و لول های آن ها نیز به ترتیب d3 وd و-d وd3- میباشد.
محاسبه مقدار متوسط انرژی در چنین دیاگرامی به صورت زیر می باشد:

هر شکل دهی دیگری برای ۱۶QAM که مانند دیاگرام بالا نباشد باعث افت انرژی می شود.بنابراین ما ادعا می کنیم که یک انرژی نویز پایدار برای نسبت سیگنال به نویز لازم است تا به همان سرعت خطای بیت (BER) که بالا نیز خواهد بود برسیم.
فاصله Hamming بین هر دو نقطه در بیتهای Mapping برای آن نقاط متفاوت است٬ بنابراین نقاطی که به صورت ۰۱۰۱ و ۰۱۱۱ نمایش داده شده اند یک فاصله Hamming از ۱ و نقاطی که به صورت ۰۱۰۱ و ۰۰۱۱ نمایش داده شده اند دارای چنین فاصله ای از ۲ می باشد.
هر زمانی که فازور انتقال داده شده توسط نویز دچار آسیب گردد٬ این کد گذاری گری می باشد که این تخریب را به اندازه کافی فراهم می کند که در نتیجه این عمل به غلط به عنوان یک نقطه فضای حالت مجاور مشخص می شود که بعدا این دمدولاتور می باشد که یک فازور با یک خطای بیت را انتخاب می کند٬ این امر احتمال خطا را کاهش می دهد.
در شکل زیر ما منحنی از یک توالی چهارتایی از مولفه I را که توسط Mapper تولید شده است را مشاهده می کنیم:

شکل۱۹:نمایش مولفه Iو Q در حوزه زمان

به دلیل انتقال های فوری و لحظه ای در حوزه زمان ٬ رشته I دارای پهنای باند بینهایت می باشد و از اینرو به یک کانال با پهنای باند زیاد نیاز خواهد داشت.مولفه Q دارای زمان و حوزه فرکا نه باند محدود ٬ محدود شوند و بنابراین به حداقل رساندن تداخل توسط سایر سیستم ها و استفاده کننده ها منجر به تقسیم طیف می شود.
_بخش Filtering :_
یک فیلتر پایین گذر خطی ایدال با فرکانس قطع که در آن ٬ فرکانس سیگنالینگ می باشد و T دوره تناوب سیگنال و فرکانس نایکوئیست می باشد که همه اطلا عات حمل شده بوسیله مولفه های تربیعی IوQ که در داخل یک باند فرکانسی محدود قرار دارند را نگه می دارد.
یک تابع انتقال ایده ال برای یک فیلتر پایین گذر به مشخصه های نایکوئیست آن بستگی دارد که در شکل زیر نشان داده شده است:

شکل۲۰: مشخصه فیلتر نایکوئیست ایده ال با پاسخ ضربه بدون ISI

معمولا به صورت قراردادی از فیلتر های پایین گذر با ترورث ٬ چبی شف یا چبی شف معکوس استفاده می شود. که دارای پاسخ ضربه بر روی مقدار صفر می باشند. استفاده از این فیلتر ها همچنین باعث می شود سرعت خطای بیت(BER) کاهش پیدا کند.
در نظریه اساسی نایکوئیست اشاره شده است به اینکه فیلترهای شکل دهی پالس باید به گونه ای گسترش پیدا کنند که راههای انتقال٬ به انضمام کانال٬ در هنگام سیگنالینگ دارای پاسخ ضربه ای با مقدار واحد باشند و در بقیه شرایط نمونه برداری دارای مقدار صفر باشند.
هر تقارن فرد در حوزه فرکانسی مشخص در دامنه یک فیلتر پایین گذر ایده ال به گونه ای می باشد که به عنوان یک پاسخ ضربه در نظر گرفته می شود و بنابراین ISI در آن تاثیری ندارد.
_فیلتر FIR :
فیلتر FIR (Finit Impulse Response) به معنای فیلتر با پاسخ ضربه محدود می باشد . به این دلیل می گوییم محدود که ما در این فیلتر شاهد هیچ گونه فید بکی در داخل فیلتر نیستیم.‍‍‍
در مودم QAM از فیلتر rised cosine FIR بر سر راه دو مولفه I و Q استفاده می شود واین به دلیل آن است که رشته های دیتا قبل از مدوله شدن بر روی حامل های تربیعی قرار گیرند. وقتی که این رشته های دیتا از یک کانال باند محدود عبور می کنند تحمل پالس های مستطیلی از تا ثیر پذیری پراکندگی پلس های زمانی افزایش یافته و باعث نگهداری این پالس ها از تداخل با یک پالس دیگر می شود. این شکل دهی به پالس در فیلتر باعث از بین بردن isi در فاصله نمونه برداری می شود
_بخش Modulation :
سیگنال های آنالوگ تولید شده و فیلتر شده ی IوQ که توسط مدولاتور I-Q مدوله ش

ده اند در شکل مربوط به مودم QAM نشان داده شده اند. مدولاتور به طور اساسی دارای دو میکسر می باشد یکی برای کانال I و دیگری برای کانال Q. کانال I با یک سیگنال IF که هم فاز با کاریر می باشد ترکیب شده است و این در حالیست که کانال Qبا ۹۰ درجه اختلاف فاز با یک سیگنال IF همراه شده است.این امر به هر دو سیگنال این امکان را می دهد که با استفاده از یک کاریر تربیعی از روی کانالی در محدوده باند مشابه عبور داده شوند.
۳-۴- بخش گیرنده:
در یک مد مشابه سیگنال در گیرنده دمدوله می شود. زمانی که افت سیگنال ایجاد شده

در حد مینیمم می باشد ٬ تعامد کانال های I و Q حفظ خواهد شد و در نتیجه امکان دمدوله شدن اطلاعات آنها فراهم می شود. به دنبال مدولاسیون I-Q سیگنالی که توسط میکسر RF مدوله شده است٬ فرکانس خود را جهت انتقال باید افزایش دهد. از زمانی که سیگنال با فرکانس IF بر روی هر دو فرکانس مثبت و منفی بوجود می آید قطعا در هنگامی که با یک سیگنال با فرکانس RF ترکیب یافت٬ بر روی مجموع و تفاضل فرکانس ها نیز سوار می شود . زمانی که هیچ دلیلی برای انتقال دو باند کناری کاملا برابر وجود ندارد معمولا یکی از آن دو از فیلتر عبور می کند. معمولا کانال انتقال مهم ترین فاکتوریست که بر روی عملکرد هر سیستم ارتباطی اثر می گذارد.در اینجا ما نویز اضافی را تنها بر اساس نسبت سیگنال به نویز(SNR) در نظر می گیریم . در اغلب موارد نویز مهم ترین فاکتور برای کاهش اثر سیگنال می باشد .
۳-۵_دمدولاتور I-Q :
دمدولاتور RF سیگنال دریافت شده را برای ورود به دمدولاتور I-Q تبدیل به سیگنال با فرکانس IF میکند. به منظور فرستادن این سیگنال به سمت پشت دمدولاتور برای یک فرکانس اختصاصی ٬ میکسر RF در فرکانس های حاصل از تفاضل فرکانس های RF و IF عمل می کند.
نظر به اینکه دمدولاتور I-Q مدارهای تقویت کننده IF را در بر می گیرد میزان دقت اسیلاتور فرکانس RF پایین می آید. اما از آنجا که هر نویز موجود در فرایند تبدیل از روی سیگنال های باند پایه I و Q عبور می کنند ٬ اسیلاتور باید ثابت باشد تا با نشان دادن نویزی با فاز پایین امکان افزودن آن ها را به خطا های بیت فراهم کند. طیف IF تقویت شده مشابه تقویت شده مشابه IF انتقال داده شده می باشد با این تفاوت که دارای سقف نویز است.
– فیلترFIR :
فیلتر FIR در گیرنده نیز مشابه فرستنده عمل می کند که نوع عملکرد آن ذر قسمت فرستنده بحث شد.

_دیجیتال کردن دیتا:
بعد از تقویت شدن مولفه های آنالوگ I و Q ٬ این دو مولفه باید از طریق آشکارساز بیت از آنالوگ به دیجیتال تبدیل شوند. این آشکارساز از طریق نمونه برداری از سیگنال های I و Qدر زمان های نمونه برداری صحیح و مقایسه آن ها با مقادیر -۳d و -dو dو ۳d ٬ Iو Q محتمل ترین بیت انتقال داده شده را مشخص می کند. از هر مرز تصمیم I و Q دو بیت مشتق شده اند که منجر به ایجاد یک سمبل ۱۶QAM ٬ ۴ بیتی می شود. سپس این بیت های تقویت شده ۴ تایی به سمت مبدل دیجیتال به آنالوگ((DAC انتقال داده می شوند. علی رغم اینکه ممکن است این فرایند ساده به نظر رسد٬ اما به دلیل انکه ایجاد زمانی صحیح برای نمونه برداری به فرکانس کلاک زدن در فرستنده دارد٬ این عمل بسیار پیچیده است.
اگر هیچ گونه کانال نویزی وجود نداشته باشد و یا میزان SNR بالا باشد٬ سیگنال دیجیتالی که مجددا تولید می شود کاملا برابر با سیگنال ورودی اصلی خواهد بود.DAC ایجاد شده در فرکانس مشابه و با همان تعداد بیتی که در ورودی ADC وجود داشته است عمل می کند٬ همچنین پس از

عبورسیگنال آنالوگ خروجی از فیلتر پایین گذر با فرکانس قطع B ٬ این سیگنال با سیگنال خروجی LPF ورودی برای فرستنده یکسان در نظر گرفته می شود.و بنابر این از این پس این سیگنال جایگزین نزدیکی برای سیگنال ورودی خواهد بود.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 16 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد