Модулација на дигитална фаза: BPSK, QPSK, DQPSK

Модулација на радиофреквенција
Модулацијата на дигиталните фази е разноврсен и широко користен метод за безжично пренесување на дигиталните податоци.

На претходната страница, видовме дека можеме да користиме дискретни варијации во амплитудата или фреквенцијата на превозникот како начин за претставување на оние и нули. Не треба да изненадува што можеме да претставуваме и дигитални податоци со употреба на фаза; оваа техника се нарекува прицврстување на фази на смена (PSK).

Обезбедување на смена на бинарни фази
Најмногу јасен вид на PSK се нарекува бинарни фази за промена на фази (BPSK), каде што "бинарното" се однесува на употреба на две фази (една за логика висока, една за логика мала).

Интуитивно можеме да препознаеме дека системот ќе биде поцврст доколку има поголемо раздвојување помеѓу овие две фази — секако би било тешко за приемникот да прави разлика помеѓу симбол со фазно офсет од 90 ° и симбол со фазно офсет на 91 °. 

Ние имаме само 360 ° од фазата со кои треба да работиме, така што максималната разлика помеѓу фазите на висока логика и логика е 180 °. Но, знаеме дека менувањето на синусоидот за 180 ° е исто како и превртувањето; на тој начин, можеме да мислиме на BPSK како едноставно превртување на носачот како одговор на една логичка состојба и оставајќи го сам како одговор на другата логичка состојба.

Да го направиме ова чекор подалеку, знаеме дека множењето на синусоид со негативно е исто како и да се преврти. Ова доведува до можност за спроведување на BPSK со користење на следната основна конфигурација на хардверот:

Сепак, оваа шема лесно може да резултира во високо-наклон на транзицијата во брановата форма: ако транзицијата помеѓу логичките состојби се случи кога превозникот е во неговата максимална вредност, напонот на превозникот треба брзо да се движи кон минималниот напон.




Настани со високи наклони, како што се овие, се непожелни, бидејќи тие создаваат енергија со поголема фреквенција што може да се меша со другите RF сигнали. Исто така, засилувачите имаат ограничена можност да произведат промени со висок наклон во излезниот напон.

Ако ја насочиме горенаведената имплементација со две дополнителни карактеристики, можеме да обезбедиме непречена транзиција помеѓу симболите. Прво, треба да се осигураме дека периодот на дигитален бит е еднаков на еден или повеќе комплетни циклуси на превозникот. 

Второ, треба да ги синхронизираме дигиталните транзиции со брановата форма. Со овие подобрувања, ние би можеле да го дизајнираме системот така што промената на фазата од 180 ° се јавува кога сигналот на носачот е на (или многу близу) на нула-премин.

 

QPSK
BPSK пренесува еден бит по симбол, што е она на што сме навикнале досега. Сè што разговаравме во однос на дигиталната модулација, претпоставуваше дека превозникот сигнал е модифициран според тоа дали дигиталниот напон е логичен или логичен, а приемникот конструира дигитални податоци со толкување на секој симбол како 0 или 1.

Пред да разговараме за клучувањето на квадратната фаза за смена (QPSK), треба да го воведеме следниов важен концепт: Нема причина зошто еден симбол може да пренесе само еден бит. Точно е дека светот на дигиталната електроника е изграден околу колото во кое напонот е во една крајност или во друга, така што напонот секогаш претставува еден дигитален бит. 

Но, RF не е дигитален; наместо тоа, ние користиме аналогни брановисти за трансфер на дигитални податоци и совршено е прифатливо да се дизајнира систем во кој аналогните бранови се кодираат и интерпретираат на начин што ќе овозможи еден симбол да претставува два (или повеќе) бита.

QPSK е модулациска шема која му овозможува на еден симбол да пренесе два бита податоци. Постојат четири можни дво-битни броеви (00, 01, 10, 11), и следствено на тоа ни требаат четири фазни неутрализирања. Повторно, сакаме максимално раздвојување помеѓу фазните опции, што во овој случај е 90 °.

Предноста е повисока стапка на податоци: ако го одржиме истиот период на симбол, можеме да ја удвоиме стапката со која податоците се префрлаат од предавателот до примачот. Недостатоци е системската сложеност. (Можеби мислите дека QPSK е исто така значително подложен на битни грешки од BPSK, бидејќи има помалку раздвојување помеѓу можните фазни вредности. Ова е разумна претпоставка, но ако поминете низ математика, излегува дека веројатноста за грешка се всушност многу слично.)

Варијанти
QPSK е, генерално, ефективна шема за модулација. Но, може да се подобри.

Скокање на фази
Стандард QPSK гарантира дека ќе се случат транзиции од симбол до симбол со високи падини; бидејќи фазата на скокање може да биде 90 ±, не можеме да го користиме пристапот опишан за скокови во фаза на 180 ° произведен од модулацијата BPSK.

Овој проблем може да се намали со употреба на една од двете варијанти на QPSK. Офсет QPSK, што вклучува додавање на одложување на една од двете дигитални протоци на податоци што се користат во процесот на модулација, го намалува максималниот скок на фазата на 90 °. Друга опција е π / 4-QPSK, со што се намалува максималниот скок во фаза на 135 °. Офсет QPSK на тој начин е супериорен во однос на намалувањето на фазителните дисконтинуитети, но π / 4-QPSK е поволно затоа што е компатибилно со диференцијалното кодирање (дискутирано во следната подсекција).

Друг начин да се справите со дисконтинуитетите од симбол во симбол е да се спроведе дополнителна обработка на сигналот што создава неспокојни транзиции помеѓу симболите. Овој пристап е инкорпориран во модулационата шема наречена минимална промена на копчињата (MSK), а исто така има и подобрување на МСК позната како Гаусија МСК.

Кодирање на диференцијал
Друга тешкотија е што демоделацијата со брановите на ПСК е потешка отколку со брановите на ФСК. 

Фреквенцијата е „апсолутна“ во смисла дека промените во фреквенцијата секогаш можат да се толкуваат со анализа на варијациите на сигналот во однос на времето. Сепак, фазата е релативна во смисла на тоа дека нема универзална референца - предавателот генерира варијации на фазата во однос на временска точка и приемникот може да ги толкува фазните варијации во однос на одредена временска точка.

Практичната манифестација на ова е следново: Ако има разлики помеѓу фазата (или фреквенцијата) на осцилаторите што се користат за модулација и демодулација, ПСК станува несигурен. И мора да претпоставиме дека ќе има фазни разлики (освен ако приемникот не вклучува вметнување коло за обновување).

Диференцијален QPSK (DQPSK) е варијанта што е компатибилна со некохерентни приемници (т.е. ресивери кои не го синхронизираат осцилаторот за демоделација со осцилаторот за модулација). 

Диференцијалниот QPSK кодира податоци со производство на одредена фаза промена во однос на претходниот симбол. Со помош на фазата на претходниот симбол на овој начин, колото за демоделација ја анализира фазата на симбол со помош на референца што е вообичаена за приемникот и предавателот.

Резиме
* Копчињата за смена на бинарни фази се јасна шема за модулација која може да пренесе еден бит по симбол.

* Копчињата за промена на квадратска фаза се повеќе комплексни, но ја удвојува стапката на податоци (или ја постигнува истата стапка на податоци со половина од широчината на опсегот).

* Офсет QPSK, π / 4-QPSK и минималното копче за смена се модулациони шеми кои ги ублажуваат ефектите од промените на напонот од симбол до симбол со голема падина.

* Диференцијалниот QPSK ја користи разликата во фазата помеѓу соседните симболи за да избегне проблеми поврзани со недостаток на фази на синхронизација помеѓу предавателот и приемникот.

Остави порака 

Список со пораки