Рассмотренные вопросы исследуются в лабораторной работе №5 «Спектры манипулированных сигналов» [1. с. 51-61]

Основной технической проблемой, возникающей при реализации такого метода фазовой манипуляции, является создание в месте приема синфазного с сигналом опорного немодулированного напряжения (несущей), путем сравнения фазы которого с фазой принимаемого ФМ-сигнала в фазовом детекторе осуществляется демодуляция. Поскольку почти во всех реальных каналах фаза напряжения принимаемого сигнала флуктуирует, то решение этой проблемы путем создания высокостабильного местного генератора опорного напряжения исключается в принципе. Влияние флуктуации фазы сигнала на достоверность приема может быть значительно ослаблено, если формировать опорное напряжение (несущую) из самого принимаемого сигнала. Существуют различные схемы формирования опорного напряжения, однако практически для всех из них характерно явление, называемое обратной работой, и состоящее в том, что под действием на передаваемый сигнал помех возможно скачкообразное изменение фазы формируемого на приемной стороне опорного напряжения на 180⁰. Это вызовет изменение полярности посылок на выходе демодулятора, т.е. «1» будут регистрироваться как «0» и наоборот. Искажается вся дальнейшая последовательность принимаемых элементов.

От явления обратной работы свободен метод относительной фазовой модуляции (ОФМ), который отличается от ФМ тем, что при передаче «1» фаза несущего колебания передаваемого элемента остается той же, что и у предыдущего элемента вне зависимости от того, каким был предыдущий элемент (0 или 1), а при передаче «0» его фаза меняется на 180⁰ вне зависимости от того, каким был предыдущий элемент (0 или 1) (рис. 2.15).

Рисунок 2.15. Относительная фазовая манипуляция

На приемной стороне для выявления информации (0 или 1), заключенной в каждом данном элементе, он сопоставляется (сравнивается по фазе) с предыдущим элементом. Если фаза не изменилась, регистрируется 1, если изменилась – 0. Практически необходимая ширина спектра при ОФМ такая же, как и при ФМ.

Если в качестве манипулирующего элемента в ОФМ используется не один бит, а совокупность из N бит, то имеет место т.н. многократная или N- кратная ОФМ. Принцип многократной ОФМ заключается в том, что каждой последовательности из N бит присваивается определенное значение фазового угла несущего колебания. Следовательно, для N - кратной ОФМ необходимо использовать 2^N различных значений фазовых сдвигов несущего колебания, кратных некоторому минимальному углу манипуляции, равному Dj_min=2p/2^N.

При двукратной ОФМ (ДОФМ) Dj_min=p/2 и используются два варианта (табл. 2.1) наборов фаз в зависимости от манипуляционного элемента, называемого в этом случае дибитом.

Таким образом, при ДОФМ передаваемый сигнал имеет четыре возможных значения фазы, однако, как и в случае ОФМ, информация содержится в соотношении фаз соседних элементов. При трехкратной ОФМ (ТОФМ) Dj_min=p/4, а манипуляционный элемент представляет собой совокупность из трех бит, называемую трибитом.

В каждой конкретной системе, использующей многократную ОФМ, манипуляционный элемент (дибит или трибит), может быть образован по разному. Это, во-первых, могут быть смежные элементы одной информационной последовательности. Тогда за счет использования многократной ОФМ обеспечивается увеличение удельной скорости передачи по каналу. Во-вторых, каждый из разрядов дибита или трибита можно рассматривать как элементы различных независимо формируемых информационных последовательностей. Это означает, что в полосе частот канала организуется два или три канала, что называется вторичным уплотнением. Наконец, в-третьих, дибит или трибит может быть получен с выхода кодера сверточного кодера, если не коммутировать выходы сумматоров по модулю два, а подавать их непосредственно на входы модулятора многократной ОФМ.

Помехоустойчивость систем с относительной фазовой манипуляцией резко уменьшается по мере увеличения кратности, что главным образом обусловлено воздействием флуктуационных помех. Однако, во многих реальных каналах помехоустойчивость в основном определяется действием импульсных помех, а флуктуационные играют второстепенную роль.

Поэтому в проводных каналах связи системы с ДОФМ и ТОФМ находят достаточно широкое применение, обеспечивая существенное увеличение скорости передачи при незначительном снижении достоверности.

Системы с относительной фазовой манипуляцией при кратности более трех используются редко из-за сложности реализации и низкой помехоустойчивости.

Большее применение находят многопозиционные системы с одновременной амплитудной и фазовой манипуляцией при однополосной передаче. В наиболее общем виде этот принцип выражен в т.н. квадратурной амплитудной модуляции (КАМ). Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным средством их описания. Квадратурное представление заключается в выражении колебания линейной комбинацией двух ортогональных составляющих – синусоидальной и косинусоидальной: , где x(t) и y(t) – дискретные величины, представляющие собой входные манипулирующие воздействия, которые могут быть как биполярными, так и многоуровневыми. Такая манипуляция осуществляется по двум каналам на несущих, сдвинутых друг относительно друга на 90⁰, т.е. находящихся в квадратуре, откуда и первое слово в названии метода модуляции. Поскольку для него характерна взаимная независимость многоуровневых манипулирующих импульсов x(t) и y(t), то выходной сигнал u(t) квадратурной схемы изменяется не только по фазе, но и по амплитуде, откуда второе слово в названии метода модуляции.

Любые сигналы, пользуясь геометрической интерпретацией, можно изобразить векторами в сигнальном пространстве. Отмечая только концы векторов, получим совокупность точек, которая называется сигнальным созвездием.

Сигнальное созвездие для случая, когда x(t) и y(t) принимают значения + 1 и + 3 (т.н. четырехуровневая КАМ) приведена на рис. 2.16. Величины + 1 и + 3 определяют уровни модуляции и имеют относительный характер. Созвездие содержит 16 сигнальных точек (КАМ-16), каждая из которых соответствует четырем передаваемым информационным битам.

Рисунок 2.16. Сигнальное созвездие КАМ	Рисунок 2.17. Сигнальное созвездие ОФМ

Из теории связи известно, что при равном числе точек в сигнальном созвездии спектр сигналов КАМ идентичен спектру сигналов ОФМ. Однако помехоустойчивость систем ОФМ и КАМ различна. Сравнение ансамблей сигнальных точек по помехоустойчивости удобно производить по коэффициенту помехоустойчивости, в котором соотносятся минимальное расстояние между сигнальными точками и энергетические затраты на передачу одного бита.

Расстояние между сигнальными точками в системе с ОФМ (рис. 2.17) определяется по формуле , где М - число фазовых углов.

Расстояние между сигнальными точками в системе КАМ с L уровнями манипулирующих импульсов определяется по формуле

.

Например, когда М=16, а следовательно L=4, , а при одном и том же уровне мощности. Это говорит о том, что данная система с КАМ предпочтительнее данной системы с ОФМ по помехоустойчивости.

Рассмотренные вопросы исследуются в лабораторной работе №6 «Помехоустойчивость приема единичных элементов при различных видах модуляции» [1. c. 62-69].