Relativni fazni pomak. Digitalna fazna modulacija: BPSK, QPSK, DQPSK

Binarni fazni pomak.

V digitalni sistemi mobilne komunikacije najčešće se koristi binarni ili M-arni fazni pomak. Najjednostavniji od njih VRBC

(Bipolar Phase Shift Keying) binarni fazni pomak, implementiran na M=2, kada modulirani signal ima samo dvije vrijednosti xi(t) ili X2 (t)

Izrazi (10.32) koji opisuju oba stanja mogu se predstaviti kao

gdje hm (t)- nasumično binarni signal sa nivoima 1 ili -1 u osnovnom opsegu pri bitskoj brzini fb = 1/Tb, a (p(t) uzima vrijednosti 0 ili To.

Izrazi (10.33) se mogu tumačiti kao rezultat množenja b(t) With harmonijski signal, što je ekvivalentno konvencionalnoj suprimiranoj amplitudnoj modulaciji nosioca (BPSK AM-PN).

Očigledno, BPSK detekcija je moguća samo uz upotrebu koherentnog faznog detektora, koji je množitelj napona ulaznog signala sa naponom iz referentnog oscilatora, koji ima frekvenciju i fazu jednaku frekvenciji i fazi ulaza, respektivno. .

Fazni portret nosača sa binarnim faznim pomakom ima oblik (slika 10.24)

Rice. 10.24

Rice. 10.25

Binarni fazni pomak se odnosi na antipodalan modulacija, kada se dvije vremenske zavisnosti poklapaju jedna s drugom, pod uslovom da je zakon o dodjeli faza (10.33) suprotan.

Formiranje VREC signala, koristeći sekvencu pravougaoni impulsi BVN, dovodi do nagle promene faze za ± i kada se stanje digitalne sekvence promeni 0*-> 1 sa beskonačno širokim opsegom digitalne putanje (slika 10.25). Nyquist ili Gaussian LPF uključeni na ulazu modulatora smanjuju propusni opseg glavne putanje (BB), kao i konačnost propusnog opsega radio putanje predajnika, što dovodi do kašnjenja u tranzijentima. Njihov utjecaj uzrokuje ne samo kašnjenje u trenutku prebacivanja faze na izlazu modulatora, već i promjenu amplitude omotača, zbog djelovanja mehanizma konverzije amplituda-faza (slika 10.26).

Rice. 10.26

U trenutku Tb digitalni niz (b do ) na ulazu modulatora uzima vrijednost logičke nule. Signal na izlazu modulatora trebao bi momentalno promijeniti fazu, ali zbog uskopojasnog puta aktivni signal se postepeno smanjuje, a signal s novom fazom u ovom trenutku G = Thće se polako povećavati. Pošto su njihove faze suprotne, a frekvencije iste, one se oduzimaju i u nekom trenutku ja-t+t 3 postane jednaka, omotač rezultirajućeg procesa (debela isprekidana linija) dostiže nulu i počinje se postepeno povećavati. Dakle, u procesu formiranja VR8K signala, poput ORBC-a, promjena amplitude na izlazu modulatora dostiže 100%, što naglo smanjuje otpornost signala na buku.

Za koherentnu detekciju primljenog signala potrebno je imati strana koja prima upravo poznata vrijednost početnoj fazi, što nije uvijek moguće. Istovremeno, tokom prijenosa, faza signala može nasumično poprimiti suprotne vrijednosti pod utjecajem smetnji, što dovodi do greške prilikom prijema u vremenskom intervalu prije sljedećeg kvara faze.

Konfiguracija koherentnog demodulatora binarnog signala pomaka faze (BPSK) prikazana je na sl. 10.27

primljen signal g$) razlikuje od signala X(1 ), formiran u balansiranom modulatoru, što je zbog efekta smetnji u radio kanalu i radio stazi. Sa koherentnom demodulacijom P(1 ) je pomiješan sa referentnim oscilatorom koji ima istu frekvenciju i fazu. Kolo koje daje takve parametre signalu referentnog oscilatora naziva se kolo za oporavak nosioca (CHR).

Ulaz demodulatora je modulirani signal

gdje II je amplituda primljenog signala, a cp, (7) je faza prenijeti signal, koji uzima vrijednosti 0° ili 180°. Množenje referentnog napona oscilatora (jaako?) u najjednostavnijem slučaju sa jediničnom amplitudom (heterodin) i nulta faza, kao i primljeni signal, dobijamo

nosilac oscilacije i odabire konstantnu komponentu

čija je vrijednost određena fazom primljenog signala (tačnije, faznom razlikom između primljenog signala i referentnog oscilatora). Sa #>, (7 ) = 0°, b, (1) = +1, što odgovara binarnoj jedinici, i kada (R (7) =180°, b, - (7) = - 1 (binarna nula). Dakle, demodulator vraća originalnu binarnu sekvencu bez vraćanja na nulu. Solver prati veličinu DC komponente primljenog signala, upoređujući je sa graničnom vrijednošću binarnog ADC-a, tačno u srednji(Sl. 10.3) trajanje poruke, čime se obezbeđuje najbolja vrednost odnosa signal-šum i, shodno tome, minimalna vrednost verovatnoće greške.

Glavni zahtjevi za odabir vrste modulacije su minimiziranje širine spektra signala i odabir niza elementarnih signala različitih informacijskih sekvenci sa maksimalna razlika jedan od drugog (za odabrani format mjere) uz mogućnost jednostavne detekcije. Na sl. 10.28 prikazuje normalizovane spektralne gustine snage signala za razne vrste modulacija. Karakteristike su date samo za gornji bočni pojas kada je moduliran nefiltriranim signalom.

Širina glavnog režnja modulisanog M8K signala je ±3/4 7)n, a za BP8K signal je ± Th. Međutim, širina pojasa M8K signala, čak i sa optimalna vrijednost indeks modulacije ?3 \u003d 1/2 se ispostavi da je veći nego za signale s ORBC modulacijom (slika 10.28). Spektar nefiltriranog MBK signala je 1/3 uži od spektra RTBR i opada brže (proporcionalno f "4) od signala sa binarnim faznim pomakom f" 2.

Ponašanje spektra izvan glavnog režnja je veoma važno kada se koristi nelinearni način rada pojačala snage (PA) predajnika, blizu režima zasićenja. Dakle, spektar signala sa GMSK modulacijom je koncentrisan u blizini nosioca sa intenzivnim padom snage tokom detuninga. Ovo omogućava da se pri generisanju radio signala sa GMSK modulacijom na izlazu PA predajnika ne uključuje RF filter.

Za BPSK signala, vrijednost prvog sljedećeg maksimuma spektralne gustine je manja od vrijednosti koja odgovara frekvenciji nosećeg vala. Dobro poznato pravilo za ovu vrstu manipulacije je: 99% prenošene snage je u opsegu brzine prenosa podataka. Upotreba filtriranja digitalne sekvence može značajno smanjiti propusni opseg prenošenog signala. Međutim, nivo nosioca treba odabrati kako bi se izbjegle inter-simbolske interferencije i obogaćivanje spektra. Teoretski, spektralna efikasnost BPSK modulacije je jedan (bit/s)/Hz; u praksi, vrijednost od 1,4 (bit/s)/Hz može se postići samo primjenom Nyquistovog predfiltriranja.

Koherentna detekcija signala pomaka faze zahteva generisanje referentnog signala, za šta se često koriste šeme za oporavak nosioca zasnovane na udvostručavanju ili učetvorostručenju primljenog signala. Ovo rezultira dvosmislenošću faze u obnovljenom nosaču. U signalima sa BPSK modulacijom, nedostatak informacija o početnoj fazi signala dovodi do pojave " obrnuti rad» demodulatora, kada je demodulirani signal inverzan od prenesenog signala, što dovodi do pojave 100% grešaka.

fazno ključanje

Kombinacija višeslojnih metoda prijenosa sa faznim pomakom

Uprkos većoj brzini prijenosa informacija koja je postignuta zbog povećanog informacionog kapaciteta simbola, višeslojni prijenos u čista forma ne primjenjuje. Gore je već napomenuto da smetnje i šum u kanalu, kao i ograničenja nivoa signala u pojačivačima, prvenstveno utiču na amplitudu. Iz tog razloga, razmatrana metoda nije našla primjenu. Istovremeno, u kombinaciji s drugim metodama (posebno s pomicanjem frekvencije), daje visok učinak i dobru otpornost na buku. Kombinacija prijenosa na više nivoa sa faznom modulacijom dobila je najveću rasprostranjenost. (Modulacija je proces promjene parametara noseće frekvencije (amplituda, frekvencija, faza); manipulacija je proces utjecanja na parametre noseće frekvencije digitalnim signalom.) To je omogućilo dramatično proširenje propusnog opsega u pretplatničko područje. U nastavku razmatramo jednu od ovih metoda - faznu manipulaciju.

Fazno ključanje transformiše informacije utječući na fazu frekvencijski signal. Na primjer, u najjednostavnijem slučaju prijenosa pojedinačnih bitova (slika 29), pri prelasku od 0 do 1, faza se mijenja za 180°. U situaciji prikazanoj na sl. 29, a, jedan odgovara pozitivnom periodu na početku ciklusa, a nula - negativnom.

Rice. 29. Primjeri faznog ključanja za slučajeve: a) 2-PM b) 4-PM

Kod 4-PM metode faznog pomaka (sl. 29, 6), fazni pomak je 45°, dok je kodiran na sljedeći način:

za 11 - pomak +45° (π/4);

za 10 - pomak +135° (Z π /4);

na 00 - pomak +225° (-Z π /4);

na 01 - pomak 315° (-π / 4).

Faza se određuje mjerenjem vrijednosti kosinusnog signala na početku perioda.

Na lijevoj strani prikazane su slike pie charts sinusoidni signal (na slici 29, b, signal pokazuje kosinusne vrijednosti, pa je stoga pomjeren za 90°). Promjena vrijednosti sinusoidnog signala se upoređuje sa vrijednošću prikazanom na krugu. U ovom slučaju, s promjenom vremena, imaginarni vektor (polumjer stavljen u centar kruga) rotira suprotno od kazaljke na satu. Tačka na krugu pokazuje vrijednost sinusoidnog signala u tom trenutku. Donja tačka na krugu odgovara minimumu negativnu vrijednost amplituda i povezana je s diskretnom jedinicom, a najviša tačka odgovara maksimalnoj vrijednosti i identificira se s diskretnom nulom. Za dijagram koji prikazuje četvorostruki fazni pomak, označene su 4 tačke.

Za razliku od amplitudske modulacije, na fazni pomak manje utiču nivo prenosa (amplituda) i frekvencija. Najprilagođeniji je prijenosu signala na više nivoa, koji, kao što slijedi iz prethodnog odjeljka, omogućavaju povećanje brzine prijenosa informacija bez povećanja brzine linije u kanalu. Istovremeno, na njega snažno utiču induktivni i kapacitivni parametri kabla. Na primjer, već spomenuti namotaji opterećenja, poboljšavajući parametre normalnog signala, uvode umjetnu induktivnost, koja zauzvrat utječe na signale komprimirane pomoću faznog ključanja.

Oblik moduliranog signala tokom faznog keyinga određuje se formulom:

gdje je \u003d 2π / p - vrijednost za koju se razlikuju faze susjednih signala; tn - simetričan signal n nivoa u obliku impulsa jednosmerna struja bez vraćanja na nulu, a vrijednosti nivoa su ±1, ±3, itd.

Poslednji izraz se lako svodi na oblik:

Formula omogućava da se proces manipulacije fazama svede na kombinaciju amplitudne modulacije dvije signalne sekvence.

Prikaz sinusoidne oscilacije kao linearne kombinacije sinusoidnih i kosinusnih oscilacija sa nultom početnom fazom obično se naziva kvadraturni prikaz.

Funkcije sovf ietf za svaki ciklus prijenosa signala su konstantne, ᴛ.ᴇ. igraju ulogu koeficijenata koji uzimaju vrijednosti u skladu sa nivoom signala. Funkcije i igraju ulogu nosećih frekvencija pomaknutih za 90°. Kada se dodaju dva amplitudno modulirana signala, dobiva se jedna fazno modulirana funkcija. Kosinusni valni oblici se obično nazivaju ʼʼin-phaseʼʼ ili ʼʼB-signaliʼʼ signali, a sinusni valovi kao ʼʼkvadraturniʼʼ ili ʼʼK-signaliʼʼ.

Blok dijagram faznog modulatora (PM) izgrađenog po ovom principu prikazan je na sl. trideset.

Rice. 30 Kolo generaliziranog faznog modulatora: MB(t) - B-signal; Mk(t) - K-signal

Fazna manipulacija - pojam i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Manipulacija fazama" 2017, 2018.

Govorili smo o tome da se ovi signali dobijaju kao poseban slučaj frekvencijske modulacije sa digitalnim modulirajućim signalom u obliku niza impulsa koji odgovaraju nulama i jedinicama binarnog toka. Budući da impulsi modulirajućeg signala mijenjaju predznak kada se promijeni informacijski bit, dobili smo frekvencijski pomak.
Povlačeći analogiju, možemo uzeti u obzir signale sa faznim pomakom (PSK), ako kao modulirajući signal primenimo fazni modulator digitalni signal. U ovom članku razgovaraćemo o binarnom ključu za pomak faze BPSK. Ovaj tip modulacija je našla vrlo široku primjenu zbog visoke otpornosti na buku i jednostavnosti modulatora i demodulatora. U domaćoj literaturi, BPSK modulacija se naziva PSK-2.

Binarni signali s pomakom faze

Razmotrimo signal u obliku niza impulsa digitalne informacije, kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1: Unipolarni i bipolarni digitalni signal

Gornji graf prikazuje unipolarni digitalni signal, u kojem informacijska logička nula odgovara , a donji graf prikazuje bipolarni digitalni signal, u kojem informacijska logička nula odgovara .
Digitalni signal primjenjujemo kao modulirajući signal na fazni modulator, kao što je prikazano na slici 2 sa faznom devijacijom jednakim rad.

Slika 2: Oblikovanje BPSK signala na osnovu faznog modulatora

Budući da uzima samo vrijednosti jednake 0 i 1, tada su infazne i kvadraturne komponente kompleksne ovojnice BPSK signala jednake:
a blok dijagram modulatora se može pojednostaviti, kao što je prikazano na slici 3.

Slika 3: Pojednostavljeno strukturna šema BPSK modulator

Pažljivi čitalac će primijetiti da je ova šema potpuno ista kao i prethodno razmatrana AM shema sa supresijom nosioca (DSB), sa modulirajućim signalom. Grafičke objašnjenja BPSK oblikovalnika prikazane su na slici 4.

Slika 4: Objašnjenje BPSK modulatora

Informacija se prenosi brzinom bit/s, trajanje jednog impulsa digitalne informacije je . Originalni modulirajući signal se množi sa nosećim talasom (na slici) i dobijamo fazni signal sa faznim skokom od rad. Uočili smo isti fazni skok pri formiranju DSB signala. Stoga je BPSK modulacija degenerirani tip faznog pomaka koji je isti kao i balansiran amplitudna modulacija sa bipolarnim digitalnim modulirajućim signalom.

Spektar i vektorski dijagram BPSK signala

Budući da se BPSK signal može predstaviti kao DSB signal, njegov spektar je spektar digitalnog bipolarnog modulirajućeg signala koji se prenosi na noseću frekvenciju. Slika 5 prikazuje spektar BPSK signala pri brzini informacija i frekvenciju nosioca . Slika 5 jasno pokazuje da spektar BPSK signala ima glavni režanj i polako opadajuće bočne režnjeve. Slika 6 pokazuje glavne odnose između BPSK spektra i parametara originalnog modulirajućeg signala.

Dakle, glavni režanj BPSK spektra ima širinu jednaku dvostrukoj brzini prijenosa informacija i simetričan je u odnosu na frekvenciju nosioca. Nivo maksimalnog (prvog) bočnog dela spektra je -13 dB. Također se može reći da je širina bočnih režnjeva jednaka .
Razmotrimo vektorski dijagram BPSK signala. Prema izrazu (1), komponenta u fazi kompleksnog omotača BPSK signala je , a kvadraturna komponenta je . U tom slučaju poprima vrijednosti, tada je vektorski dijagram BPSK signala prikazan na slici 7.

Slika 7: Vektorski dijagram BPSK signala

Kompleksni vektor omotača može imati jednu od dvije vrijednosti (pri prijenosu informacije nula) i pri prijenosu informacijske jedinice.

Relativni (diferencijalni) binarni fazni pomak (DBPSK)

Prilikom prijenosa informacija korištenjem BPSK-a, potrebno je koristiti sisteme praćenja za demodulaciju signala. U ovom slučaju se često koriste nekoherentni prijemni uređaji, koji nisu fazno usklađeni sa glavnim oscilatorom na strani odašiljanja, pa prema tome ne mogu pratiti nasumično okretanje faza kao rezultat propagacije koja prelazi interval . Na primjer, razmotrite sliku 8.

Slika 8: Objašnjenja za nekoherentan BPSK prijem

Originalni BPSK vektorski dijagram (u slučaju PSK signala, vektorski dijagram se često naziva konstelacija) prikazan je na slikama 8a i 8d. Crvena označava vrijednost koja odgovara informacijskoj nuli, a plava jedan. Kao rezultat propagacije, signal će dobiti nasumičan početna faza i sazvežđe će se okrenuti pod nekim uglom. Slika 8b prikazuje slučaj kada se rotacija sazviježđa nalazi u rasponu od do rad. U ovom slučaju, kod nekoherentnog prijema, čitava konstelacija će se rotirati kao što je prikazano strelicama na slici 8b. Zatim nakon okretanja sazviježđe će uzeti početni položaj i informacije će biti ispravno demodulirane. Slika 8e prikazuje slučaj kada se rotacija sazviježđa nalazi u rasponu od do rad. U ovom slučaju, prilikom prijema, sazvežđe će se takođe rotirati za horizontalni položaj, ali kao što sledi sa slike 8e, informacije nula i jedinica će se pomešati.
Kako bi se eliminisala zabuna informacijskih simbola, koristi se relativno ključanje ili kako se još naziva diferencijalni BPSK (DBPSK). Suština relativne manipulacije je da se ne kodira sam bit informacije, već njena promjena. Struktura sistema za prenos podataka koji koristi DBPSK prikazana je na slici 9.

Slika 9: Struktura komunikacijskog sistema podataka koji koristi DBPSK

Originalni tok bitova se različito kodira, zatim modulira sa BPSK i demodulira na kraju prijema nekomherentnim BPSK demodulatorom. Demodulirani tok prolazi kroz diferencijalni dekoder i prima primljeni tok.
Razmotrite diferencijalni enkoder prikazan na slici 10.

Slika 10: Diferencijalni enkoder

Zbrajanje se vrši po modulu dva, što odgovara logičkom XOR (isključivo OR). Oznaka znači kašnjenje od jednog bita informacije. Primjer diferencijalnog kodiranja prikazan je na slici 11.

Slika 11: Primjer diferencijalnog bitstream kodiranja

Originalni tok bitova je 011100101, dobili smo 010111001 na izlazu diferencijalnog enkodera.Prvi bit (u primjeru iznad prva 0 nije kodirana), zatim se prvi bit dodaje modulom dva od prethodnog bita na izlazu enkodera i trenutni bit na ulazu. Za diferencijalno dekodiranje potrebno je uraditi obrnuti postupak prema šemi prikazanoj na slici 12 (struktura diferencijalnog dekodera je prikazana na slici 9).

Slika 12: Primjer diferencijalnog dekodiranja bitova

Kao što se može vidjeti iz kodiranog toka bitova 010111001, dobili smo originalni 011100101. Sada razmotrite diferencijalni dekoder ako invertujemo sve bitove kodiranog toka na strani prijema, tj. umjesto 010111001 uzet ćemo 101000110. Ovo je jasno prikazano na slici 13.

Slika 13: Primjer diferencijalnog dekodiranja sa inverzijom primljenog toka

Iz slike 13 jasno proizlazi da kada se svi bitovi informacija pomiješaju na izlazu diferencijalnog dekodera, informacija nije izobličena (osim prvog bita, prikazanog crvenom bojom), i to je nesumnjiva prednost DBPSK-a. , što može značajno pojednostaviti odašiljajuće i prijemne uređaje. Ali potrebno je reći io nedostatcima diferencijalnog kodiranja. Glavni nedostatak DBPSK u odnosu na BPSK je niža otpornost na buku, jer se greške prijema šire u fazi dekodiranja.
Razmotrimo primjer. Neka je originalni tok 011100101, kodirani tok 010111001. Neka se četvrti bit kodiranog toka primi s greškom, tada će ulaz dekodera biti 010101001. I kao rezultat dekodiranja, dva cijela bita će biti dekodirana sa greškom (vidi sliku 14).

Slika 14: Širenje greške prijema u DBPSK dekodiranju

Tako smo razmatrali signale sa binarnim faznim pomakom (BPSK) i pokazali da je BPSK poseban slučaj PSK sa ulaznim signalom u obliku toka bipolarnih impulsa, koji je degenerisan i redukuje se u DSB signal. Razmotrili smo BPSK spektar i njegov spektralne karakteristike: širina glavnog režnja, nivo bočnih režnja. Uveden je i koncept relativnog ili diferencijalnog binarnog faznog pomaka DBPSK, koji omogućava eliminaciju inverzije simbola tokom nekoherentnog prijema u fazi dekodiranja, ali degradira otpornost DBPSK na buku u odnosu na BPSK zbog propagacije greške u fazi dekodiranja.

Digitalna fazna modulacija je svestrana i široko korištena tehnika bežični prijenos digitalni podaci.

U prethodnom članku smo vidjeli da možemo koristiti diskretne promjene amplitude ili frekvencije nosioca kao način da predstavimo jedinice i nule. Nije iznenađujuće da digitalne podatke možemo predstaviti i fazom; ovaj metod se naziva fazno pomeranje (PSK).

Binarni fazni pomak

Najjednostavniji tip PSK naziva se binarno fazno pomakanje (BPSK), gdje se "binarni" odnosi na korištenje dva fazna pomaka (jedan za logičku jedan i jedan za logičku nulu).

Intuitivno možemo prepoznati da će sistem biti pouzdaniji ako je razmak između ove dvije faze velik - naravno, prijemniku će biti teško da napravi razliku između simbola sa faznim pomakom od 90° i simbola sa faznim pomakom od 91°. Imamo raspon faza od 360° za rad, dakle maksimalna razlika između faza logičke jedinice i logičke nule je 180°. Ali znamo da je prebacivanje sinusnog vala za 180° isto što i invertiranje; stoga, možemo zamisliti BPSK kao jednostavno invertiranje signala nosioca kao odgovor na jedno logičko stanje i ostavljajući ga u originalnom stanju kao odgovor na drugo logičko stanje.

Da bismo poduzeli sljedeći korak, sjetimo se da je množenje sinusoide negativnom jedinicom isto kao i njeno invertiranje. Ovo rezultira mogućnošću implementacije BPSK koristeći sljedeću osnovnu hardversku konfiguraciju:

Osnovna šema za dobijanje BPSK signala

Međutim, ova shema može lako dovesti do velikih nagiba prijelaza u talasnom obliku nosioca: ako dođe do prijelaza logičkog stanja kada je signal nosioca u svom maksimalna vrijednost, napon signala nosioca bi trebao brzo ići na minimalnu vrijednost.

Visok nagib u BPSK talasnom obliku kada se promeni logičko stanje signala osnovnog pojasa

Takvi događaji velikog nagiba su nepoželjni jer stvaraju energiju na visokofrekventnim komponentama koje mogu ometati druge RF signale. Osim toga, pojačala imaju ograničenu sposobnost da proizvedu nagle promjene izlaznog napona.

Ako gornju implementaciju poboljšamo sa dva dodatne funkcije, onda možemo pružiti glatki prelazi između likova. Prvo, moramo biti sigurni da je period digitalnog bita jednak jednom ili više punih ciklusa signala nosioca. Drugo, moramo da sinhronizujemo digitalne prelaze sa signalom nosioca. Sa ovim poboljšanjima, mogli bismo dizajnirati sistem tako da dođe do promjene faze od 180° kada je signal nosioca na (ili blizu) prelazu nule.

QPSK

BPSK prenosi jedan bit po karakteru, na šta smo navikli. Sve o čemu smo razgovarali digitalna modulacija, pretpostavlja da se signal nosioca mijenja ovisno o tome da li je digitalni napon logički visok ili nizak, a prijemnik ponovo kreira digitalne podatke, tumačeći svaki znak kao 0 ili 1.

Prije razmatranja kvadraturnog faznog pomaka (QPSK), moramo uvesti sljedeći važan koncept: nema razloga zašto jedan simbol može nositi samo jedan bit. Istina je da je svijet digitalne elektronike izgrađen oko kola u kojima je napon u jednom ili drugom ekstremu, tako da je napon uvijek jedan digitalni bit. Ali radio signal nije digitalan; nego koristimo analogni signali za digitalni prenos podataka, te je sasvim prihvatljivo razviti sistem u kojem se analogni signali kodiraju i interpretiraju na način da jedan znak predstavlja dva (ili više) bita.

Prednost QPSK-a je više velika brzina prijenos podataka: ako zadržimo isto trajanje simbola, možemo udvostručiti brzinu prijenosa podataka od predajnika do prijemnika. Nedostatak je složenost sistema. (Možda mislite da je QPSK podložniji bitnim greškama od BPSK jer je razdvajanje između moguće vrijednosti ima manje. Ovo je razumna pretpostavka, ali ako pogledate njihovu matematiku, ispada da su vjerovatnoće greške zapravo vrlo slične.)

Opcije

QPSK modulacija je naravno efikasan metod modulacija. Ali to se može poboljšati.

Fazni skokovi

Standardna QPSK modulacija osigurava da se prijelazi simbola dešavaju sa velikim nagibom; budući da fazni skokovi mogu biti ±90°, ne možemo koristiti pristup opisan za fazne skokove od 180° generirane BPSK modulacijom.

Ovaj problem se može ublažiti korištenjem jedne od dvije QPSK opcije. Offset QPSK (OQPSK), koji uključuje dodavanje kašnjenja jednom od dva digitalna toka podataka koji se koriste u procesu modulacije, smanjuje maksimalni fazni skok na 90°. Druga opcija je π/4-QPSK, koja smanjuje maksimalni fazni skok na 135°. Dakle, OQPSK ima prednost smanjenja faznih diskontinuiteta, ali π/4-QPSK pobjeđuje jer je kompatibilan s diferencijalnim kodiranjem (o čemu se govori u nastavku).

Drugi način rješavanja prekida između znakova je implementacija dodatna obrada signale, što stvara glatkije prelaze između znakova. Ovaj pristup je uključen u modulacionu šemu koja se zove minimalno pomeranje (MSK) i poboljšanje MSK poznato kao Gausov MSK (GMSK).

Diferencijalno kodiranje

Druga poteškoća je što je demodulacija PSK signala teža nego FSK signali. Frekvencija je "apsolutna" u smislu da se promjene frekvencije uvijek mogu protumačiti analizom promjena signala tokom vremena. Faza je, međutim, relativna u smislu da nema univerzalnu referentnu tačku - predajnik generiše fazne promene u odnosu na jednu tačku u vremenu, dok prijemnik može interpretirati promene faze u odnosu na drugu tačku u vremenu.

Praktična manifestacija ovoga je da ako postoje razlike između faza (ili frekvencija) oscilatora koji se koriste za modulaciju i demodulaciju, PSK postaje nepouzdan. I moramo pretpostaviti da će postojati fazne razlike (osim ako prijemnik ne uključuje krug za oporavak nosioca).

Diferencijalni QPSK (DQPSK, diferencijalni QPSK) je varijanta koja je kompatibilna s nekoherentnim prijemnicima (tj. prijemnicima koji ne sinkroniziraju demodulacijski generator sa modulacijskim generatorom). Diferencijalni QPSK kodira podatke kreiranjem određenog odstupanja faze od prethodnog simbola tako da demodulaciono kolo analizira fazu simbola koristeći referentnu tačku koja je zajednička i prijemniku i predajniku.

Sažetak

• Binarni fazni pomak (BPSK) je jednostavna tehnika modulacije koja može prenijeti jedan bit po simbolu.
• Kvadraturni fazni pomak (QPSK) je složeniji, ali udvostručuje brzinu podataka (ili postiže istu brzinu podataka sa polovinom propusnog opsega).
• Kvadraturni fazni pomak (OQPSK), π/4-QPSK, frekvencijska modulacija minimalni fazni pomak (MSK) su modulacijske šeme koje ublažavaju efekte promjene napona signala nosioca velikog nagiba između simbola.
• Diferencijalni QPSK (DQPSK) koristi faznu razliku između susjednih simbola kako bi se izbjegli problemi zbog nedostatka fazne sinhronizacije između predajnika i prijemnika.

AMn · FMn KAM FSK GMSK
OFDM COFDM TCM AIM DM PCM ΣΔ PWM PWM PIM FHSS DSSS CSS

Fazna manipulacija(FMN, eng. fazni pomak (PSK)) - jedan od tipova fazne modulacije, u kojem se faza oscilacije nosioca naglo mijenja ovisno o informacijskoj poruci.

Opis

Signal s faznim ključem ima sljedeći oblik:

$s\_m(t)=g(t)\backslash cos,$

gdje $g(t)$ određuje omotnicu signala; $\backslash varphi\_m(t)$ je modulirajući signal. $\backslash varphi\_m(t)$ mogu uzeti $M$ diskretne vrijednosti. $f\_c$- frekvencija nosioca; $t$- vrijeme.

Ako $M=2$, tada se poziva fazna manipulacija binarni fazni pomak(BPSK, B-binarni - 1 bit po 1 promjeni faze) ako $M=4$ - kvadraturni fazni pomak(QPSK, Q-Quadro - 2 bita po promjeni faze), $M=8$(8-PSK - 3 bita po 1 promjeni faze) itd. Dakle, broj bitova $n$, prenesena jednim faznim skokom, je snaga na koju se dva podižu pri određivanju broja faza potrebnih za prijenos $n$- redni binarni broj.

fazni signal $s\_i(t)$ može se posmatrati kao linearna kombinacija dva ortonormalna signala $y\_1$ i $y\_2$ :

$S\_m(t)=S\_1\; Y\_1+S\_2\; Y\_2,$

$Y\_1(t)=\backslash sqrt(\backslash frac(2)(E\_g))S\_1(t)\backslash cos,$ $Y\_2(t)=-\backslash sqrt(\backslash frac(2)(E\_g))S\_2(t)\backslash sin.$

Dakle, signal $S\_m(t)$ može se smatrati dvodimenzionalnim vektorom $$. Ako vrijednosti $S\_1(m,\backslash ;M)$ odvojiti na horizontalnoj osi i vrijednosti $S\_2(m,\backslash ;M)$- okomito, zatim tačke sa koordinatama $S\_1(m,\backslash ;M)$ i $S\_2(m,\backslash ;M)$će formirati prostorne dijagrame prikazane na slikama.

BPSK Grey Coded.svg

Binarni fazni pomak (BPSK)

QPSK Grey Coded.svg

Kvadraturni fazni pomak (QPSK)

8PSK Grey Coded.svg

Oktalni fazni pomak (8-PSK)

Binarni fazni pomak

Koherentna detekcija

Vjerovatnoća bitne greške(engleski) BER-Bit stopa greške ) za binarni PSK u kanalu sa aditivnim bijelim Gausovim šumom (AWGN) može se izračunati po formuli:

$P\_b=Q\backslash lijevo(\backslash sqrt(\backslash frac(2E\_b)(N\_0))\backslash desno),$

$Q(x)=\backslash frac(1)(\backslash sqrt(2\backslash pi))\backslash int\backslash limits\_x^\backslash infty\; e^(-\backslash frac(t^2)(2))\backslash ,dt.$

Pošto postoji 1 bit po simbolu, vjerovatnoća greške po simbolu se izračunava korištenjem iste formule.

U prisustvu proizvoljne promene faze koju uvodi komunikacioni kanal, demodulator nije u mogućnosti da odredi koja tačka konstelacije odgovara 1s i 0. Kao rezultat toga, podaci se često različito kodiraju pre modulacije.

Nekoherentna detekcija

U slučaju nekoherentne detekcije, koristi se diferencijalni binarni fazni pomak.

Implementacija

Binarni podaci se često prenose iz pratećim signalima:

$s\_0(t)=\backslash sqrt(\backslash frac(2E\_b)(T\_b))\backslash cos(2\backslash pi\; f\_c\; t)$ za binarni "0"; $s\_1(t)=\backslash sqrt(\backslash frac(2E\_b)(T\_b))\backslash cos(2\backslash pi\; f\_c\; t+\backslash pi)=-\backslash sqrt(\backslash frac(2E\_b)(T\_b))\backslash cos(2\backslash pi\; f\_c\; t\; )$ za binarni "1",

gdje $f\_c$ je frekvencija nosećeg talasa.

Kvadraturni fazni pomak

π/4-QPSK

Evo dva odvojena sazviježđa koja koriste Grey kodiranje, a koja su rotirana za 45° jedna u odnosu na drugu. Obično se parni i neparni bitovi koriste za određivanje tačaka odgovarajućeg sazviježđa. Ovo smanjuje maksimalni fazni skok sa 180° na 135°.

S druge strane, upotreba π/4-QPSK rezultira jednostavnom demodulacijom i stoga se koristi u sistemima ćelijska komunikacija sa vremenskim podjelom kanala.

FSK višeg reda

FSK sa redoslijedom veći od 8 se rijetko koristi.

Diferencijal PSK

Prilikom implementacije PSK-a može se pojaviti problem rotacije konstelacije, na primjer, u kontinuiranom prijenosu bez sinhronizacije. Za rješenja sličan problem može se koristiti kodiranje zasnovano ne na poziciji faze, već na njenoj promeni.

Na primjer, za DBPSK, faza se mijenja za 180° za prijenos "1" i ostaje nepromijenjen za prijenos "0".

vidi takođe

Napišite recenziju na članak "Phase Keying"

Bilješke

Književnost

• Prokis, J. Digitalne komunikacije = Digitalne komunikacije / Klovsky D. D. - M.: Radio i komunikacija, 2000. - 800 str. - ISBN 5-256-01434-X.
• Sklyar, Bernard. Digitalna komunikacija. Teorijska osnova i praktična upotreba= Digitalne komunikacije: osnove i primjene. - 2. izd. - M.: "Williams", 2007. - S. 1104. - ISBN 0-13-084788-7.
• Feer K. Bežična digitalna komunikacija. Metode modulacije i širenja spektra = Bežične digitalne komunikacije: primjene modulacije i spektra širenja. - M.: Radio i komunikacija, 2000. - 552 str. - ISBN 5-256-01444-7.

Linkovi

Odlomak koji karakteriše fazni ključ

- Kako da vam kažem, - odgovorila je Nataša, - bila sam zaljubljena u Borisa, u učiteljicu, u Denisova, ali ovo uopšte nije isto. Ja sam miran, čvrst. Znam da nema boljeg od njega, i sada se osećam tako mirno, dobro. Uopšte ne kao pre...
Nikolaj je izrazio nezadovoljstvo Nataši što je venčanje odloženo za godinu dana; ali Nataša je sa gorčinom napala brata, dokazujući mu da drugačije ne može, da bi bilo loše ući u porodicu protiv volje svog oca, da je ona sama to želela.
„Uopšte ne razumeš“, rekla je. Nikola je ućutao i složio se s njom.
Njen brat je često bio iznenađen gledajući je. Uopšte nije bilo kao da je bila zaljubljena nevesta odvojena od svog verenika. Bila je ujednačena, mirna, vesela, potpuno kao i prije. To je iznenadilo Nikolaja i čak ga je natjeralo da s nevjericom pogleda na sklapanje susreta Bolkonskog. Nije vjerovao da je njena sudbina već odlučena, pogotovo što nije vidio princa Andreja s njom. Uvek mu se činilo da nešto nije u redu u ovom predloženom braku.
„Zašto kašnjenje? Zašto se niste verili?" mislio je. Nakon što je jednom razgovarao s majkom o svojoj sestri, on je, na svoje iznenađenje, a dijelom i na zadovoljstvo, otkrio da njegova majka, u dubini duše, ponekad s nepovjerenjem gleda na ovaj brak.
„Ovde piše“, rekla je, pokazujući sinu pismo princa Andreja sa onim skrivenim osećajem neprijateljstva koje majka uvek gaji prema budućoj bračnoj sreći svoje ćerke, „piše da neće stići pre decembra. Kakav bi ga posao mogao zadržati? Tako je, bolest! Zdravlje je veoma slabo. Nemoj reći Nataši. Ne gledajte kako je vesela: ovo je poslednji put za devojku, a ja znam šta joj se dešava svaki put kada dobijemo njegova pisma. Ali ako Bog da, sve će biti u redu - svaki put je zaključila: - on je odlična osoba.

Prvi put kada je došao, Nikolaj je bio ozbiljan, pa čak i dosadan. Mučila ga je neposredna potreba da se umeša u ove glupe kućne poslove zbog kojih ga je pozvala majka. Da bi što pre skinuo ovaj teret sa svojih pleća, trećeg dana dolaska, ljutito je, ne odgovarajući na pitanje kuda ide, namrštenih obrva otišao do Mitenkinog krila i zahtevao od njega račune o svemu. Kakvi su ti izveštaji o svemu, Nikolaj je znao još manje od Mitenke, koji je došao u strahu i zbunjenosti. Razgovor i obračun Mitenke nije dugo trajao. Poglavar, birač i zemstvo, koji su čekali u predvorju krila, čuli su najprije sa strahom i zadovoljstvom kako glas mladog grofa, koji kao da se sve više diže, pjevuši i pucketa, čuje pogrdne i strašne riječi. , izlivajući jedan za drugim.
- Rogue! Nezahvalno stvorenje!...Isecat ću psa...ne sa ocem...opljačkan...-itd.
Tada su ovi ljudi, s ništa manje zadovoljstva i straha, vidjeli kako mladi grof, sav crven, krvavih očiju, vuče Mitenka za okovratnik, velikom spretnošću, sa velikom spretnošću, između njegovih riječi, gura ga u leđa i viče: "Izaći! tako da tvoj duh, kopile, nije ovdje!
Mitenka je strmoglavo poletjela niz šest stepenica i utrčala u cvjetnjak. (Ova gredica je bila poznata oblast za spasavanje zločinaca u Otradnom. I sam Mitenka, kada je stigao pijan iz grada, sakrio se u ovoj gredici, a mnogi stanovnici Otradnog, koji su se krili od Mitenke, znali su spasonosnu moć ove gredice.)
Mitenkina žena i snaje, uplašenih lica, nagnule su se u hodnik sa vrata sobe, gde je ključao čist samovar, a činovnički visoki krevet stajao ispod jorganskog ćebeta sašivenog od kratkih komada.
Mladi grof, dahćući, ne obazirući se na njih, prođe kraj njih odlučnim koracima i uđe u kuću.
Grofica, koja je odmah preko djevojaka saznala šta se dogodilo u krilu, s jedne strane se smirila u smislu da bi im sada stanje trebalo da se popravi, s druge strane, brinula se kako će njen sin ovo izdržati. . Nekoliko puta je na prstima prišla njegovim vratima, slušajući ga kako puši lulu za lulom.
Sutradan je stari grof pozvao sina na stranu i rekao mu sa bojažljivim osmijehom:
- Znaš li ti se, dušo moja, uzalud uzbuđivala! Mitenka mi je sve rekla.
„Znao sam, pomisli Nikolaj, da ovde u ovom glupom svetu nikada ništa neću razumeti.“
- Bili ste ljuti što nije uneo ovih 700 rubalja. Uostalom, on ih je napisao u transportu, a vi niste pogledali drugu stranicu.
- Tata, on je nitkov i lopov, znam. I šta je uradio, uradio je. A ako me ne želiš, neću mu ništa reći.
- Ne, dušo moja (i grofu je bilo neprijatno. Osećao je da je loš upravnik imanja svoje žene i da je kriv pred svojom decom, ali nije znao kako da to popravi) - Ne, molim te da se pobrineš za posao, ja sam star, ja...
- Ne, tata, oprostićeš mi ako sam ti učinio nešto neprijatno; Ja mogu manje od tebe.
„Do đavola s njima, sa ovim ljudima i novcem, i transportima duž stranice“, pomislio je. Čak i iz ugla od šest kuša, jednom sam shvatio, ali sa stranice transporta - ništa ne razumijem ”, rekao je sam sebi i od tada više nije intervenirao u posao. Samo jednom je grofica pozvala sina k sebi, obavestila ga da ima račun Ane Mihajlovne na dve hiljade i upitala Nikolaja šta misli da radi s njim.
„Ali kako“, odgovorio je Nikolaj. – Rekli ste mi da to zavisi od mene; Ne volim Anu Mihajlovnu i ne volim Borisa, ali oni su bili prijateljski nastrojeni prema nama i siromašnima. Eto kako! - i poderao je novčanicu, i tim činom, sa suzama radosnicama, natjerao staru groficu da jeca. Nakon toga, mladi Rostov se, ne miješajući se više ni u kakav posao, sa strastvenim entuzijazmom zauzeo za još uvijek nove slučajeve lova na pse, koji je u velike veličine osnovao stari grof.

Već su bile zime, jutarnji mrazevi okovali su zemlju navlaženu jesenjim kišama, već je zelenilo postalo uže i blistavo zeleno odvojilo se od pruga smeđih, izbačenih stokom, zime i svijetložute proljetne strništa sa crvenim prugama heljde. Vrhovi i šume, koji su krajem avgusta još uvijek bili zelena ostrva između crnih polja zime i strništa, postali su zlatna i jarkocrvena ostrva usred jarko zelenih zima. Zec se već napola izgubio (linjao), lisičja legla su se počela razilaziti, a mladi vukovi bili su veći od psa. Bilo je to najbolje vrijeme za lov. Psi zgodnog mladog lovca Rostova ne samo da su ušli u lovačko tijelo, već su i nokautirali tako da u generalno vijeće Lovci su odlučili da pse odmore tri dana, a 16. septembra da krenu na izlet, polazeći iz hrastove šume, gdje je bilo netaknuto vučje leglo.
To je bilo stanje 14. septembra.
Cijeli taj dan lov je bio kod kuće; bilo je ledeno i dirljivo, ali uveče je počelo da se podmlađuje i zagrijava. Petnaestog septembra, kada je mladi Rostov ujutro u kućnom ogrtaču pogledao kroz prozor, ugledao je takvo jutro, bolje od kojeg ništa ne može biti bolje za lov: kao da se nebo topi i spušta na zemlju bez vjetra. Jedini pokret koji je bio u zraku bilo je tiho kretanje od vrha do dna silazećih mikroskopskih kapi magle ili magle. Prozirne kapi visile su sa golih grana bašte i padale na tek opalo lišće. Tlo u vrtu, poput maka, postalo je sjajno mokro crno, a na maloj udaljenosti stopilo se sa dosadnim i vlažnim pokrivačem magle. Nikolaj je izašao na verandu, mokar od zemlje, koja je mirisala na šumu i pse koji su uvenuli. Crnopjegava, širokoguza kuja Milka, velikih crnih izbuljenih očiju, ugledala je svog gospodara, ustala, protegnula se i legla kao mrka, a onda neočekivano skočila i polizala ga pravo po nosu i brkovima. Drugi pas hrt, ugledavši vlasnika sa obojene staze, izvivši leđa, brzo je dojurio do trijema i podigavši ​​pravilo (rep), počeo se trljati o Nikolajeve noge.
- Oh goy! - čuo se tada neponovljivi lovački eho koji spaja i najdublji bas i najtanji tenor; a iza ugla je došao Danilo, lovac i lovac, podšišan u ukrajinske zagrade, sedokosi, naborani lovac sa savijenim rapnikom u ruci i sa onim izrazom nezavisnosti i prezira prema svemu na svetu kakav imaju samo lovci. Skinuo je čerkešku kapu pred gospodarom i prezrivo ga pogledao. Taj prezir nije bio uvredljiv za gospodara: Nikolaj je znao da je ovaj Danilo, koji je sve prezirao i stajao iznad svih, ipak njegov čovek i lovac.