Hiểu giải điều chế cầu phương

Giải điều chế tần số vô tuyến
Trang này giải thích giải điều chế cầu phương là gì và cung cấp cái nhìn sâu sắc về bản chất của tín hiệu I / Q.

Nếu bạn đã đọc trang trước, bạn sẽ biết tín hiệu I / Q là gì và cách điều chế phương trình bậc hai (tức là dựa trên tín hiệu I / Q). Trong trang này, chúng ta sẽ thảo luận về giải điều chế cầu phương, đây là một kỹ thuật linh hoạt để trích xuất thông tin từ các dạng sóng biên độ, tần số và pha điều chế.

Chuyển đổi sang I và Q
Sơ đồ sau đây chuyển tải cấu trúc cơ bản của bộ giải điều chế cầu phương.

Bạn sẽ dễ dàng nhận thấy rằng hệ thống tương tự như một bộ điều biến bậc hai ngược lại. Tín hiệu RF được nhân với tín hiệu dao động cục bộ (đối với kênh I) và dao động cục bộ dịch chuyển 90 ° (đối với kênh Q). Kết quả (sau khi lọc thông thấp, sẽ được giải thích sớm) là dạng sóng I và Q đã sẵn sàng để xử lý thêm.

Trong điều chế cầu phương, chúng tôi sử dụng tín hiệu I / Q cơ sở để tạo ra dạng sóng biên độ, tần số hoặc điều chế pha sẽ được khuếch đại và truyền đi. Trong giải điều chế cầu phương, chúng tôi đang chuyển đổi điều chế hiện có thành tín hiệu băng cơ sở I / Q tương ứng. 

Điều quan trọng là phải hiểu rằng tín hiệu thu được có thể từ bất kỳ loại giải điều chế cầu phương bậc ba nào của máy phát không bị giới hạn ở các tín hiệu ban đầu được tạo ra thông qua điều chế cầu phương.

Các bộ lọc thông thấp là cần thiết bởi vì phép nhân bậc hai áp dụng cho tín hiệu thu được không khác với phép nhân được sử dụng trong, ví dụ, bộ giải mã AM thông thường. Phổ nhận được sẽ được dịch chuyển xuống dưới và lên theo tần số sóng mang (fC); do đó, bộ lọc thông thấp là cần thiết để triệt tiêu nội dung tần số cao liên quan đến phổ nằm ở giữa 2fC.

Nếu bạn đã đọc trang về giải điều chế biên độ, đoạn trước có thể khiến bạn nhận ra rằng bộ giải điều chế cầu phương thực sự bao gồm hai bộ giải điều chế biên độ. Tất nhiên, bạn không thể áp dụng giải điều chế biên độ thông thường cho tín hiệu điều chế tần số; không có thông tin được mã hóa trong biên độ tín hiệu FM. 

Nhưng giải điều chế cầu phương (biên độ) có thể nắm bắt thông tin được mã hóa tần số, đây chỉ đơn giản là bản chất (khá thú vị) của tín hiệu I / Q. Bằng cách sử dụng hai bộ giải điều chế biên độ được điều khiển bởi các hình sin tần số sóng mang với độ lệch pha 90 °, chúng tôi tạo ra hai tín hiệu băng cơ sở khác nhau để cùng nhau truyền thông tin được mã hóa thông qua các thay đổi về tần số hoặc pha của tín hiệu nhận được.

Giải điều chế biên độ cầu phương
Như đã đề cập trong trang đầu tiên của chương này, Cách giải điều chế dạng sóng AM, một cách tiếp cận giải điều chế biên độ bao gồm nhân tín hiệu thu được bằng tín hiệu tham chiếu tần số sóng mang, sau đó lọc thấp kết quả của phép nhân này. 

Phương pháp này cung cấp hiệu suất cao hơn giải điều chế AM được xây dựng xung quanh một máy dò đỉnh bị rò rỉ. Tuy nhiên, cách tiếp cận này có một điểm yếu nghiêm trọng: kết quả của phép nhân bị ảnh hưởng bởi mối quan hệ pha giữa sóng mang của máy phát và tín hiệu tham chiếu tần số sóng mang của máy thu.

Các sơ đồ này cho thấy tín hiệu được giải điều chế cho ba giá trị của độ lệch pha giữa máy phát và máy thu. Khi độ lệch pha tăng, biên độ của tín hiệu giải điều chế giảm. Quy trình giải điều chế đã trở nên không có chức năng ở độ lệch pha 90 °; điều này thể hiện kịch bản trường hợp xấu nhất, tức là biên độ bắt đầu tăng trở lại khi độ lệch pha di chuyển ra xa (theo một trong hai hướng) từ 90 °.

Một cách để khắc phục tình trạng này là thông qua mạch bổ sung đồng bộ hóa pha của tín hiệu tham chiếu của máy thu với pha của tín hiệu thu được. Tuy nhiên, giải điều chế cầu phương có thể được sử dụng để khắc phục sự vắng mặt của sự đồng bộ giữa máy phát và máy thu. 

Như đã chỉ ra, sự khác biệt trong trường hợp xấu nhất là ± 90 °. Do đó, nếu chúng ta thực hiện phép nhân với hai tín hiệu tham chiếu cách nhau 90 ° pha, thì đầu ra từ một số nhân sẽ bù cho biên độ giảm của đầu ra từ số nhân khác. 

Trong trường hợp này, độ lệch pha trong trường hợp xấu nhất là 45 ° và bạn có thể thấy trong âm mưu trên, sự chênh lệch pha 45 ° không dẫn đến sự giảm thảm khốc về biên độ của tín hiệu được giải điều chế.

Các lô sau đây thể hiện bồi thường I / Q này. Các dấu vết là các tín hiệu được giải điều chế từ các nhánh I và Q của bộ giải điều chế cầu phương.

Pha phát = 0 °

 

Pha phát = 90 °

Biên độ không đổi
Sẽ thuận tiện nếu chúng ta có thể kết hợp các phiên bản I và Q của tín hiệu được giải điều chế thành một dạng sóng duy trì biên độ không đổi bất kể mối quan hệ pha giữa máy phát và máy thu. 

Bản năng đầu tiên của bạn có thể là sử dụng phép cộng, nhưng thật không may, điều đó không đơn giản. Cốt truyện sau đây được tạo ra bằng cách lặp lại một mô phỏng trong đó mọi thứ đều giống nhau ngoại trừ pha của sóng mang của máy phát. Giá trị pha được gán cho một tham số có bảy giá trị riêng biệt: 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° và 180 °. Dấu vết là tổng của dạng sóng I đã giải điều chế và dạng sóng Q được giải điều chế.

Như bạn có thể thấy, bổ sung chắc chắn không phải là cách để tạo ra tín hiệu không bị ảnh hưởng bởi các biến thể trong mối quan hệ pha giữa máy phát và máy thu. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên nếu chúng ta nhớ sự tương đương toán học giữa tín hiệu I / Q và số phức: các thành phần I và Q của tín hiệu tương tự như phần thực và phần ảo của một số phức. 

Bằng cách thực hiện giải điều chế cầu phương, chúng ta thu được các thành phần thực và ảo tương ứng với cường độ và pha của tín hiệu băng cơ sở. Nói cách khác, giải điều chế I / Q về cơ bản là dịch: chúng tôi đang dịch từ hệ thống pha cộng cường độ (được sử dụng bởi dạng sóng cơ sở điển hình) sang hệ thống Cartesian trong đó thành phần I được vẽ trên trục x và Q thành phần được vẽ trên trục y.

Để có được độ lớn của một số phức, chúng ta không thể chỉ cần thêm phần thực và phần ảo, và áp dụng tương tự cho các thành phần tín hiệu I và Q. Thay vào đó, chúng ta phải sử dụng công thức thể hiện trong sơ đồ, không gì khác hơn là cách tiếp cận Pythagore tiêu chuẩn để tìm độ dài cạnh huyền của một tam giác vuông. 

Nếu chúng ta áp dụng công thức này cho dạng sóng giải điều chế I và Q, chúng ta có thể thu được tín hiệu giải điều chế cuối cùng không bị ảnh hưởng bởi các biến thể pha. Biểu đồ sau đây xác nhận điều này: mô phỏng giống như trước đó (nghĩa là bảy giá trị pha khác nhau), nhưng bạn chỉ thấy một tín hiệu, bởi vì tất cả các dấu vết đều giống hệt nhau.

Tổng kết
* Giải điều chế cầu phương sử dụng hai tín hiệu tham chiếu cách nhau 90 ° pha, cùng với hai bộ nhân và hai bộ lọc thông thấp, để tạo ra dạng sóng giải điều chế I và Q.

* Giải điều chế cầu phương có thể được sử dụng để tạo bộ giải điều chế AM tương thích với việc thiếu đồng bộ pha giữa máy phát và máy thu.
Các dạng sóng I và Q do giải điều chế cầu phương tương đương với phần thực và phần ảo của một số phức.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn