مدولاسیون سیگنال دستکاری فرکانس، فاز، دامنه

مدولاسیون- فرآیند تغییر یک یا چند پارامتر یک نوسان حامل فرکانس بالا طبق قانون سیگنال اطلاعات فرکانس پایین (پیام).
اطلاعات ارسالی در سیگنال کنترل جاسازی می شود و نقش حامل اطلاعات توسط یک ارتعاش با فرکانس بالا به نام حامل انجام می شود. بنابراین، مدولاسیون فرآیند "فرود" شکل موج اطلاعات بر روی یک حامل شناخته شده است.
در نتیجه مدولاسیونطیف سیگنال کنترل فرکانس پایین به ناحیه فرکانس بالا منتقل می شود. این اجازه می دهد تا هنگام سازماندهی پخش، عملکرد همه دستگاه های فرستنده و گیرنده را در فرکانس های مختلف تنظیم کنید تا با یکدیگر "تداخل" نکنند.
ارتعاشات اشکال مختلف (مستطیلی، مثلثی و غیره) را می توان به عنوان حامل استفاده کرد، اما ارتعاشات هارمونیک بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به اینکه کدام یک از پارامترهای نوسان حامل تغییر می کند، نوع مدولاسیون (دامنه، فرکانس، فاز و غیره) مشخص می شود. مدولاسیون با سیگنال گسسته را مدولاسیون دیجیتال یا کلید زدن می نامند.
انواع دستکاری های زیر وجود دارد:
کلید زنی تغییر فرکانس
کلید زدن تغییر فاز
کلید زدن دامنه شیفت
تغییر کلید دامنه چهارگانه
کلید تغییر فرکانس (FSK) برای انتقال سیگنال های تلگراف از طریق یک کانال رادیویی استفاده می شود، که دنباله ای از پیام های جریان ابتدایی مستطیلی (مثبت) و بدون جریان (منفی) هستند. بر خلاف سیگنال‌های رادیویی دستکاری دامنه، زمانی که فرستنده نوسانات الکترومغناطیسی را فقط با انتقال جریان منتشر می‌کند، در FT، تابش سیگنال رادیویی به طور مداوم هم با جریان و هم بدون انتقال جریان رخ می‌دهد. بنابراین، گاهی اوقات به این روش دستکاری، کار با مکث فعال می گویند.

شکل 1 مدولاسیون دیجیتال (کلید زدن)
هنگام تغییر از یک پیام فعلی به پیام بدون جریان و بالعکس، دامنه نوسان فرکانس بالا ثابت می ماند و فقط فرکانس آن با مقداری ثابت fc تغییر می کند که به آن تغییر فرکانس می گویند.
در حال حاضر پرکاربردترین سیستم های تلگراف فرکانس با شیفت فرکانس 125 (ChT-125)، 250 (ChT-250) 500 (ChT-500)، 1000 (ChT-1000)، 1500 (ChT-1500) هرتز می باشد. در این حالت، انحراف فرکانس fm محرک نسبت به فرکانس نوسان اسمی (متوسط) فرستنده به ترتیب + 62.5 هرتز است. + 125 هرتز؛ + 500 هرتز؛ +750 هرتز
فرکانس متوسط ​​fo را حامل می نامند (به طور اسمی فرکانس. لازم به ذکر است که اصطلاح "فرکانس حامل" در تلگراف فرکانس به طور مشروط معرفی می شود، زیرا در طول انتقال FH هرگز در فرکانس fo عمل نمی کند. مصلحت معرفی این این اصطلاح تنها به این دلیل است که فرکانس حامل از نظر عددی برابر با میانگین طیف فرکانس فرکانس‌ها در خروجی فرستنده است و بنابراین فرکانس کاری اسمی فرستنده است.
طیف سیگنال‌های FT نه تنها به سرعت تلگراف (به فرکانس اصلی تلگراف)، بلکه به بزرگی تغییر فرکانس و روش تولید سیگنال‌های FT نیز بستگی دارد. دو راه اصلی برای تشکیل سیگنال QT وجود دارد: با شکاف فاز نوسانات فرکانس بالا و بدون شکستن آن.
در حالت اول، سیگنال FT با اتصال متناوب دو منبع مستقل از نوسانات فرکانس بالا به مسیر تقویت کننده فرستنده تشکیل می شود. یکی از منابع نوسانات فرکانس مشخصی را ایجاد می کند و زمانی که بسته های جریانی (منفی) سیگنال اولیه وجود ندارد وصل می شود. دومی نوساناتی با فرکانس ایجاد می کند که با فرکانس اول (تغییر نسبت به فرکانس) با مقدار fc متفاوت است. این منبع با انتقال جریان (مثبت) سیگنال اولیه متصل است.
از آنجایی که هر دو منبع نوسانات فرکانس بالا مستقل هستند، در حین سوئیچ کردن، فاز نوسانات یک مقدار دلخواه به خود می گیرد، یعنی. شکست فاز رخ می دهد.
در روش دوم تولید سیگنال، از یک منبع نوسانات فرکانس بالا استفاده می شود که با انتقال بدون جریان (منفی) سیگنال اولیه، نوسانات با فرکانس fа و با جریان (مثبت) - نوسانات با یک فرکانس fв. از آنجایی که از یک منبع استفاده می شود، تغییر در فرکانس نوسان به طور مداوم و بدون شکستن فاز نوسان فرکانس بالا رخ می دهد. یک سیگنال FT از این نوع را می توان به عنوان یک مورد خاص از مدولاسیون فرکانس یک نوسان فرکانس بالا توسط یک سیگنال گسسته در نظر گرفت.
با استفاده از روش های تلگراف فرکانسی، امکان انتقال دو پیام تلگراف متفاوت از طریق کانال رادیویی وجود دارد. این روش انتقال تلگراف با فرکانس دوگانه (DFT) نامیده می شود و مطابق با کلاس انتشار F است.
Amplitude Shift Keying یک تغییر سیگنال است که در آن دامنه نوسان حامل به طور ناگهانی تغییر می کند. AMn را می توان یک مورد خاص از دستکاری مربعات در نظر گرفت
سیگنال های تلگراف - کد مورس - اغلب با استفاده از کلیدگذاری دامنه منتقل می شوند. در فرستنده، این روش در مقایسه با سایر انواع دستکاری به سادگی اجرا می شود. از سوی دیگر، گیرنده ای برای دریافت سیگنال های تلگراف از طریق گوش تا حدودی پیچیده تر می شود: باید دارای یک نوسان ساز محلی باشد که در فرکانس نزدیک به فرکانس سیگنال دریافتی کار می کند، به طوری که بتوان فرکانس صوتی متفاوت را در خروجی تشخیص داد. از گیرنده گیرنده های مناسب تبدیل مستقیم، احیا کننده در حالت تولید و سوپرهتروداین با یک نوسانگر محلی "تلگراف" اضافی هستند.
دامنه سیگنال فرکانس بالا در خروجی فرستنده رادیویی تنها دو مقدار می گیرد: روشن و خاموش. بر این اساس، روشن یا خاموش کردن ("کلید زدن") توسط اپراتور با استفاده از کلید تلگراف یا با استفاده از یک تولید کننده خودکار پیام تلگراف (سنسور کد مورس، کامپیوتر) انجام می شود. پاکت یک پالس رادیویی (پیام ابتدایی - نقطه و خط تیره) البته در عمل مستطیل شکل نیست (همانطور که به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است)، اما دارای لبه های پیشرو و انتهایی صاف است. در غیر این صورت، طیف فرکانس سیگنال ممکن است به طور غیرقابل قبولی گسترده شود و هنگامی که سیگنال توسط گوش دریافت می شود، کلیک های ناخوشایندی احساس می شود.

فاز دستکاری شدهسیگنال به شکل زیر است:

جایی که g(تی) پوشش سیگنال را مشخص می کند. یک سیگنال تعدیل کننده است. می توانید ممقادیر گسسته

اگر م= 2، سپس کلید شیفت فاز فراخوانی می شود کلید زدن تغییر فاز باینری(1 بیت در هر 1 تغییر فاز)، اگر م = 4 - کلید زنی تغییر فاز چهارگانه(2 بیت برای 1 تغییر فاز)، م= 8 (3 بیت برای 1 تغییر فاز) و غیره.

بنابراین تعداد بیت ها nانتقال با یک پرش فاز، قدرتی است که دو فاز برای تعیین تعداد فازهای مورد نیاز برای ارسال افزایش می یابد. n- عدد باینری ترتیبی

سیگنال کلید شیفت فاز من(تی) را می توان به عنوان یک ترکیب خطی از دو سیگنال متعارف مشاهده کرد y 1 و y 2.

مدولاسیون فاز دیجیتال یک روش همه کاره و پرکاربرد برای انتقال بی سیم داده های دیجیتال است.

در مقاله قبلی دیدیم که می توانیم از تغییرات گسسته در دامنه یا فرکانس حامل به عنوان راهی برای نمایش یک ها و صفرها استفاده کنیم. جای تعجب نیست، ما همچنین می توانیم داده های دیجیتال را با استفاده از فاز نمایش دهیم. این تکنیک را کلید زدن تغییر فاز (PSK) می نامند.

کلیدسازی باینری تغییر فاز

ساده‌ترین نوع PSK، کلید شیفت فاز باینری (BPSK) نامیده می‌شود، که در آن «دودویی» به استفاده از دو فاز آفست (یکی برای یک منطقی و دیگری برای یک صفر منطقی) اشاره دارد.

ما می توانیم به طور مستقیم تشخیص دهیم که اگر فاصله بین دو فاز زیاد باشد، سیستم قابل اعتمادتر خواهد بود - البته، تشخیص نماد افست فاز 90 درجه از نماد افست فاز 91 درجه برای گیرنده دشوار خواهد بود. برای کار، ما محدوده فاز 360 درجه داریم، بنابراین حداکثر اختلاف بین فازهای یک منطقی و یک صفر منطقی 180 درجه است. اما می دانیم که تغییر موج سینوسی 180 درجه همان معکوس کردن آن است. بنابراین، می‌توانیم BPSK را به سادگی معکوس کردن سیگنال حامل در پاسخ به یک حالت منطقی و رها کردن آن در حالت اولیه در پاسخ به حالت منطقی دیگر در نظر بگیریم.

برای برداشتن گام بعدی، یادآوری می کنیم که ضرب یک سینوسی در منفی برابر با معکوس کردن آن است. این امر اجرای BPSK را با استفاده از پیکربندی سخت افزاری اصلی زیر ممکن می سازد:

طرح اساسی برای به دست آوردن سیگنال BPSK

با این حال، این طراحی به راحتی می تواند منجر به انتقال شیب زیاد در شکل موج حامل شود: اگر انتقال بین حالت های منطقی زمانی رخ دهد که حامل در حداکثر مقدار خود باشد، ولتاژ سیگنال حامل باید به سرعت به مقدار حداقل خود برسد.

شیب زیاد در شکل موج BPSK زمانی که حالت منطقی شکل موج تعدیل کننده تغییر می کند

این رویدادهای شیب زیاد نامطلوب هستند زیرا انرژی را در اجزای فرکانس بالا ایجاد می کنند که می تواند با سایر سیگنال های RF تداخل ایجاد کند. علاوه بر این، تقویت کننده ها توانایی محدودی برای ایجاد تغییرات ناگهانی در ولتاژ خروجی دارند.

اگر پیاده سازی فوق را با دو عملکرد اضافی اصلاح کنیم، می توانیم از انتقال صاف بین کاراکترها اطمینان حاصل کنیم. ابتدا باید مطمئن شویم که دوره بیت دیجیتال برابر با یک یا چند دوره کامل سیگنال حامل است. دوم، ما باید انتقال دیجیتال را به سیگنال حامل همگام کنیم. با این پیشرفت‌ها، می‌توانیم سیستم را طوری طراحی کنیم که زمانی که سیگنال حامل در تقاطع صفر (یا نزدیک به) است، تغییر فاز 180 درجه رخ دهد.

QPSK

BPSK به ازای هر کاراکتر یک بیت را ارسال می کند، چیزی که ما به آن عادت کرده ایم. همه چیزهایی که در رابطه با مدولاسیون دیجیتال بحث کردیم، فرض می‌کنند که سیگنال حامل بسته به اینکه ولتاژ دیجیتال در پایین یا زیاد بودن منطقی باشد تغییر می‌کند و گیرنده داده‌های دیجیتال را دوباره ایجاد می‌کند و هر کاراکتر را 0 یا 1 تفسیر می‌کند.

قبل از بحث در مورد کلیدسازی تغییر فاز مربعی (QPSK)، باید مفهوم مهم زیر را معرفی کنیم: دلیلی وجود ندارد که یک نماد فقط یک بیت را ارسال کند. درست است که دنیای الکترونیک دیجیتال حول مدارهایی ساخته شده است که در آنها ولتاژ در یک یا آن حد است، به طوری که ولتاژ همیشه یک بیت دیجیتال است. اما سیگنال رادیویی دیجیتال نیست. در عوض، ما از سیگنال‌های آنالوگ برای انتقال داده‌های دیجیتال استفاده می‌کنیم و کاملاً قابل قبول است که سیستمی طراحی کنیم که در آن سیگنال‌های آنالوگ به گونه‌ای کدگذاری و تفسیر شوند که یک کاراکتر نشان دهنده دو (یا چند) بیت باشد.

مزیت QPSK نرخ داده بالاتر آن است: اگر مدت زمان نماد یکسانی داشته باشیم، می‌توانیم نرخ داده را از فرستنده به گیرنده دو برابر کنیم. نقطه ضعف آن پیچیدگی سیستم است. (شاید فکر کنید که QPSK نسبت به BPSK مستعد خطاهای بیتی است زیرا فاصله کمتری بین مقادیر ممکن دارد. این یک فرض منطقی است، اما اگر به ریاضیات آنها نگاه کنید، معلوم می شود که احتمالات خطا در واقع بسیار مشابه هستند. .)

انواع

مدولاسیون QPSK البته یک تکنیک مدولاسیون کارآمد است. اما می توان آن را بهبود بخشید.

پرش های فاز

مدولاسیون استاندارد QPSK تضمین می کند که انتقال بین نمادها شیب بالایی دارد. از آنجایی که پرش فاز می تواند 90 ± درجه باشد، ما نمی توانیم از روشی که برای پرش های فاز 180 درجه تولید شده توسط مدولاسیون BPSK استفاده کنیم، استفاده کنیم.

این مشکل را می توان با استفاده از یکی از دو گزینه QPSK کاهش داد. افست QPSK (کلیدینگ تغییر فاز چهارگانه)، که شامل اضافه کردن تاخیر به یکی از دو جریان داده دیجیتالی مورد استفاده در فرآیند مدولاسیون است، حداکثر پرش فاز را به 90 درجه کاهش می دهد. گزینه دیگر π / 4-QPSK است که حداکثر پرش فاز را به 135 درجه کاهش می دهد. بنابراین، OQPSK از مزیت کاهش ناپیوستگی فاز برخوردار است، اما π / 4-QPSK برنده است زیرا با کدگذاری دیفرانسیل سازگار است (در زیر بحث شده است).

راه دیگر برای مقابله با شکاف بین کاراکترها، پیاده سازی پردازش سیگنال اضافی است که انتقال نرم تری بین کاراکترها ایجاد می کند. این رویکرد در یک طرح مدولاسیون به نام مدولاسیون فرکانس کلیدسازی حداقل تغییر (MSK) و همچنین بهبود MSK به نام MSK گاوسی (GMSK) گنجانده شده است.

کدگذاری دیفرانسیل

چالش دیگر این است که دمودولاسیون PSK دشوارتر از دمدولاسیون FSK است. فرکانس "مطلق" است به این معنا که تغییرات در فرکانس را همیشه می توان با تجزیه و تحلیل تغییرات سیگنال در طول زمان تفسیر کرد. با این حال، فاز به این معنا نسبی است که هیچ نقطه مرجع جهانی ندارد - فرستنده تغییرات فاز را نسبت به یک نقطه در زمان ایجاد می کند، و گیرنده می تواند تغییرات فاز را نسبت به یک نقطه دیگر در زمان تفسیر کند.

یک تجلی عملی آن این است که اگر بین فازها (یا فرکانس‌های) نوسان‌گرهای مورد استفاده برای مدولاسیون و دمودولاسیون تفاوت وجود داشته باشد، PSK غیرقابل اعتماد می‌شود. و باید فرض کنیم که اختلاف فاز وجود خواهد داشت (مگر اینکه گیرنده شامل مدار بازیابی حامل باشد).

دیفرانسیل QPSK (DQPSK، QPSK دیفرانسیل) گزینه ای است که با گیرنده های غیر منسجم (یعنی گیرنده هایی که مولد دمدولاسیون را با ژنراتور مدولاسیون همگام نمی کنند) سازگار است. QPSK دیفرانسیل داده ها را با ایجاد یک تغییر فاز خاص از نماد قبلی رمزگذاری می کند، به طوری که طرح دمدولاسیون فاز نماد را با استفاده از یک نقطه مرجع که برای گیرنده و فرستنده مشترک است، تجزیه و تحلیل می کند.

خلاصه

• کلیدسازی تغییر فاز دودویی (BPSK) یک تکنیک مدولاسیون ساده است که می تواند یک بیت را در هر نماد ارسال کند.
• تغییر کلید فاز چهارگانه (QPSK) پیچیده‌تر است، اما سرعت داده را دو برابر می‌کند (یا با نیمی از پهنای باند به همان نرخ داده می‌رسد).
• جابجایی فاز چهارگانه افست (OQPSK)، π / 4-QPSK، کلیدسازی تغییر فاز حداقل (MSK) طرح‌های مدولاسیونی هستند که اثرات تغییرات ولتاژ حامل شیب بالا را در طول انتقال نماد کاهش می‌دهند.
• QPSK دیفرانسیل (DQPSK) از اختلاف فاز بین نمادهای مجاور برای جلوگیری از مشکلات مربوط به عدم هماهنگی فاز بین فرستنده و گیرنده استفاده می کند.

گفتیم که این سیگنال ها به عنوان یک مورد خاص از مدولاسیون فرکانس با یک سیگنال تعدیل کننده دیجیتال به صورت دنباله ای از پالس های مربوط به صفر و یک جریان باینری به دست می آیند. از آنجایی که هنگام تغییر بیت اطلاعات، پالس سیگنال تعدیل کننده تغییر می کند، کلید شیفت فرکانس را دریافت کردیم.
بر اساس قیاس، اگر سیگنال دیجیتال را به عنوان سیگنال تعدیل کننده به مدولاتور فاز اعمال کنیم، می توانیم سیگنال های PSK کلید تغییر فاز را در نظر بگیریم. این مقاله بر روی کلید تغییر فاز باینری (BPSK) تمرکز خواهد کرد. این نوع مدولاسیون به دلیل ایمنی بالای نویز و سادگی مدولاتور و دمدولاتور کاربرد بسیار گسترده ای پیدا کرده است. در ادبیات داخلی، مدولاسیون BPSK به عنوان FMn-2 نامیده می شود.

سیگنال های کلیدی تغییر فاز باینری

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، سیگنالی را به شکل دنباله ای از پالس های اطلاعات دیجیتال در نظر بگیرید.

شکل 1: سیگنال دیجیتال تک قطبی و دو قطبی

نمودار بالا یک سیگنال دیجیتال تک قطبی را نشان می دهد که در آن صفر منطقی اطلاعات مطابقت دارد و نمودار پایین یک سیگنال دیجیتال دوقطبی را نشان می دهد که در آن صفر منطقی اطلاعات مطابقت دارد.
بیایید یک سیگنال دیجیتال را به عنوان سیگنال مدولاتور به یک مدولاتور فاز اعمال کنیم، همانطور که در شکل 2 با انحراف فاز برابر با راد نشان داده شده است.

شکل 2: شکل دهی سیگنال BPSK مبتنی بر مدولاتور فاز

از آنجایی که فقط مقادیری برابر با 0 و 1 می گیرد، اجزای درون فازی و مربعی پوشش پیچیده سیگنال BPSK عبارتند از:
و بلوک دیاگرام مدولاتور را می توان ساده کرد، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3: بلوک دیاگرام ساده شده یک مدولاتور BPSK

خواننده توجه متوجه خواهد شد که این طرح دقیقاً مشابه طرح AM با طرح سرکوب حامل (DSB) با یک سیگنال تعدیل کننده است. نمودارهای توضیحی شکل دهنده BPSK در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4: نمودارهای توضیحی مدولاتور BPSK

اطلاعات با نرخ بیت / ثانیه منتقل می شود، مدت زمان یک پالس اطلاعات دیجیتال برابر است. سیگنال تعدیل کننده اصلی در شکل موج حامل (در شکل) ضرب می شود و یک سیگنال کلیدی تغییر فاز با پرش فاز توسط راد دریافت می کنیم. ما همان پرش فاز را در طول تشکیل سیگنال DSB مشاهده کردیم. بنابراین، مدولاسیون BPSK یک نوع انحطاط کلید زدن تغییر فاز است که با مدولاسیون دامنه متعادل در یک سیگنال باند پایه دیجیتال دوقطبی منطبق است.

طیف و نمودار برداری سیگنال BPSK

از آنجایی که سیگنال BPSK را می توان به عنوان یک سیگنال DSB در نظر گرفت، طیف آن طیف سیگنال باند پایه دوقطبی دیجیتالی است که به فرکانس حامل منتقل می شود. شکل 5 طیف سیگنال BPSK را با نرخ باود نشان می دهد و فرکانس حامل ... شکل 5 به وضوح نشان می دهد که طیف سیگنال BPSK دارای یک لوب اصلی و لوب های جانبی به آرامی در حال کاهش است. شکل 6 روابط اساسی بین طیف BPSK و پارامترهای سیگنال باند پایه اصلی را نشان می دهد.

بنابراین، لوب اصلی طیف BPSK دارای عرضی برابر با دو برابر سرعت انتقال اطلاعات، با توجه به فرکانس حامل متقارن است. سطح حداکثر (اول) لوب جانبی طیف -13 دسی بل است. همچنین می توان گفت که عرض لوب های کناری برابر است.
بیایید یک نمودار برداری از یک سیگنال BPSK را در نظر بگیریم. با توجه به عبارت (1)، مولفه درون فازی پوشش مختلط سیگنال BPSK برابر است و مولفه ربع برابر است. هنگامی که این مقادیر به خود می گیرد، سپس نمودار برداری سیگنال BPSK در شکل 7 نشان داده شده است.

شکل 7: نمودار برداری سیگنال BPSK

بردار پاکت پیچیده می تواند یکی از دو مقدار (هنگام ارسال اطلاعات صفر) و هنگام انتقال یک واحد اطلاعات را بگیرد.

کلید زنی تغییر فاز باینری نسبی (دیفرانسیل) (DBPSK)

هنگام انتقال اطلاعات با استفاده از BPSK، سیستم‌های ردیابی برای تغییر شکل سیگنال مورد نیاز هستند. در این مورد، اغلب از دستگاه های دریافت نامنسجم استفاده می شود که با نوسانگر اصلی در سمت فرستنده مطابقت ندارند و بر این اساس، نمی توانند چرخش فاز تصادفی را در نتیجه انتشار فراتر از بازه ردیابی کنند. به عنوان مثال، شکل 8 را در نظر بگیرید.

شکل 8: توضیحات برای دریافت BPSK نامنسجم

نمودار فازور BPSK اصلی (در مورد سیگنال های PSK، نمودار فازور اغلب به عنوان صورت فلکی نامیده می شود) در شکل های 8a و 8d نشان داده شده است. قرمز نشان دهنده مقدار مربوط به اطلاعات صفر و آبی یک است. در نتیجه انتشار، سیگنال یک فاز اولیه تصادفی پیدا می کند و صورت فلکی با یک زاویه خاص می چرخد. شکل 8b حالتی را نشان می دهد که چرخش صورت فلکی در محدوده از تا راد قرار دارد. در این حالت، با دریافت غیر منسجم، کل صورت فلکی همانطور که توسط فلش ​​های شکل 8b نشان داده شده است، می چرخد. سپس پس از چرخش، صورت فلکی موقعیت اصلی خود را می گیرد و اطلاعات به درستی دموولاسیون می شود. شکل 8e حالتی را نشان می دهد که چرخش صورت فلکی در محدوده از تا راد قرار دارد. در این حالت، پس از دریافت، صورت فلکی نیز برای یک موقعیت افقی می چرخد، اما همانطور که از شکل 8f نشان داده شده است، اطلاعات صفر و یک اشتباه می شود.
برای از بین بردن سردرگمی نمادهای اطلاعاتی، از کلید زنی نسبی یا همانطور که به آن BPSK دیفرانسیل (DBPSK) نیز می گویند استفاده می شود. ماهیت دستکاری نسبی این است که این خود بیت اطلاعات نیست که رمزگذاری می شود، بلکه تغییر آن است. ساختار یک سیستم انتقال داده با استفاده از DBPSK در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9: ساختار یک سیستم انتقال داده با استفاده از DBPSK

جریان بیت اصلی تحت کدگذاری دیفرانسیل قرار می گیرد، پس از آن توسط BPSK مدوله می شود و در سمت گیرنده توسط یک دمدولاتور BPSK نامنسجم دمودوله می شود. جریان دمودوله شده از رمزگشای دیفرانسیل عبور کرده و جریان دریافتی را دریافت می کند.
رمزگذار دیفرانسیل نشان داده شده در شکل 10 را در نظر بگیرید.

شکل 10: رمزگذار دیفرانسیل

جمع بندی مدول دو انجام می شود که مربوط به یک XOR منطقی (OR انحصاری) است. نامگذاری به معنای تاخیر یک بیت اطلاعات است. نمونه ای از کدگذاری دیفرانسیل در شکل 11 نشان داده شده است.

شکل 11: مثالی از کدگذاری جریان بیت دیفرانسیل

بیت استریم اصلی 011100101 است، در خروجی رمزگذار دیفرانسیل ما 010111001 دریافت کردیم. بیت اول (در مثال داده شده 0 اول کدگذاری نشده است)، سپس اولین بیت مدول دو بیت قبلی در خروجی اضافه می شود. رمزگذار و بیت فعلی در ورودی. برای رمزگشایی دیفرانسیل، طبق طرحی که در شکل 12 نشان داده شده است، لازم است روش مخالف انجام شود (ساختار رمزگشای دیفرانسیل در شکل 9 نشان داده شده است).

شکل 12: نمونه ای از رمزگشایی جریان بیت دیفرانسیل

همانطور که از بیت استریم کدگذاری شده 010111001 می بینید، ما 011100101 اصلی را دریافت کردیم. حالا بیایید یک رمزگشای دیفرانسیل را در نظر بگیریم اگر همه بیت های جریان کدگذاری شده را در سمت گیرنده معکوس کنیم، i.e. به جای 010111001، 101000110 را می گیریم. این به وضوح در شکل 13 نشان داده شده است.

شکل 13: نمونه ای از رمزگشایی دیفرانسیل با وارونگی جریان دریافتی

به وضوح از شکل 13 برمی‌آید که وقتی تمام بیت‌های اطلاعات در خروجی رمزگشای دیفرانسیل با هم مخلوط می‌شوند، اطلاعات تحریف نمی‌شوند (به جز اولین بیت نشان داده شده با رنگ قرمز)، و این مزیت بدون شک DBPSK است که ساده سازی قابل توجهی دستگاه های فرستنده و گیرنده را ممکن می سازد. اما در مورد معایب کدگذاری دیفرانسیل نیز باید گفت. نقطه ضعف اصلی DBPSK در مقایسه با BPSK ایمنی کمتر نویز آن است، زیرا خطاهای دریافت در مرحله رمزگشایی چند برابر می شوند.
بیایید به یک مثال نگاه کنیم. فرض کنید که جریان اصلی 011100101 است، جریان رمزگذاری شده 010111001 است. فرض کنید که بیت چهارم جریان رمزگذاری شده با خطا در هنگام دریافت دریافت شده است، سپس در ورودی رمزگشا 010101001 وجود خواهد داشت. و در نتیجه رمزگشایی، دو بیت عدد صحیح با یک خطا رمزگشایی خواهند شد (شکل 14 را ببینید).

شکل 14: ضرب خطاهای دریافت با رمزگشایی DBPSK

بنابراین، ما به سیگنال‌های کلیدسازی تغییر فاز باینری (BPSK) نگاه کردیم و نشان دادیم که BPSK یک مورد خاص از PSK با سیگنال ورودی به شکل جریانی از پالس‌های دوقطبی است که منحط شده و به سیگنال DSB کاهش می‌یابد. ما طیف BPSK و ویژگی های طیفی آن را بررسی کردیم: عرض لوب اصلی، سطح لوب های جانبی. مفهوم کلید زنی تغییر فاز باینری نسبی یا دیفرانسیل (DBPSK) نیز معرفی شد که وارونگی نمادها را در حین دریافت نامنسجم در مرحله رمزگشایی حذف می کند، اما ایمنی نویز DBPSK را در مقایسه با BPSK بدتر می کند به دلیل ضرب خطاها در مرحله رمزگشایی. مرحله رمزگشایی

با کلید تغییر فاز دیجیتال، فاز حامل اس (تی) با فاز فعلی موج حامل تعدیل نشده با تعداد محدودی از مقادیر مطابق با نمادهای پیام ارسال شده متفاوت است. با(تی) :

دو نوع کلیدسازی تغییر فاز وجود دارد - کلیدسازی باینری (دودویی) تغییر فاز (BPSK) و کلیدسازی تغییر فاز چهارگانه (QPSK).

4.2.1 کلید زنی تغییر فاز باینری.بین دستکاری فاز مطلق (دو سطحی) (AFMP) و نسبی (دیفرانسیل) (OFMP) تمایز قائل شوید. با AFMP (شکل 4.7، c)، فاز حامل در هر لبه سیگنال های ارسالی تغییر می کند. سیگنال حاصل به این صورت است (برای دوره یک بیت):

باینری 1

باینری 0

صورت فلکی سیگنال سیگنال DPSK مربوط به بیان (4.19) در شکل (4.8) نشان داده شده است.

طراحی. 4.7 - کلید زنی تغییر فاز مطلق و نسبی

طراحی. 4.8 - صورت فلکی سیگنال سیگنال DPSK

لازم به ذکر است که BPMD یکی از ساده ترین اشکال کلید زنی دیجیتال است و به طور گسترده در تله متری هنگام تولید سیگنال های باند پهن استفاده می شود. عیب اصلی DPSK این است که هنگام دستکاری سیگنال موج مربعی، انتقال های بسیار شدیدی به دست می آید و در نتیجه سیگنال طیف بسیار گسترده ای را اشغال می کند. اکثر مدولاتورهای BPSK انواع خاصی از فیلترها را اعمال می کنند که باعث می شود انتقال فازها ناگهانی کمتر شود و در نتیجه طیف سیگنال را محدود می کند. عمل فیلتر کردن تقریباً همیشه قبل از دستکاری روی سیگنال تعدیل کننده انجام می شود (شکل 4.9).

شکل 4.9 - نمودار عملکردی تشکیل سیگنال رادیویی DFMP

چنین فیلتری معمولاً به عنوان فیلتر اساسی شناخته می شود. با این حال، هنگام کاهش باند فرکانسی اشغال شده توسط سیگنال رادیویی با فیلتر کردن، باید مشکل تداخل بین نمادی حاصل را در نظر گرفت.

در اینجا، پس از مدولاتور، یک تقویت کننده قدرت سیگنال رادیویی و یک فیلتر باند باریک بالا گذر اضافه شده است. هدف اصلی فیلتر تضعیف تابش فرستنده در فرکانس هایی است که مضرب فرکانس اصلی موج حامل هستند. خطر چنین انتشارات ناشی از اثرات غیر خطی در تقویت کننده قدرت است که معمولاً هنگام تلاش برای افزایش راندمان این تقویت کننده رخ می دهد و تقویت می شود. اغلب از این فیلتر به طور همزمان برای گیرنده استفاده می شود - قبل از تبدیل فرکانس به سمت پایین، سیگنال های خارجی قوی را در خارج از باند فرکانس سیگنال های رادیویی مورد نظر سرکوب می کند.

4.2.2 تغییر کلید فاز چهارگانه (QPSK).در BPSK نماد یک کانال یک بیت ارسالی را حمل می کند. با این حال، همانطور که در بالا ذکر شد، نماد یک کانال می تواند بیت های اطلاعات بیشتری را حمل کند. به عنوان مثال، یک جفت بیت متوالی می تواند چهار مقدار داشته باشد: (0، 0) (0، 1) (1، 0) (1، 1).

اگر از یک نماد کانال برای انتقال هر جفت استفاده شود، چهار نماد کانال مورد نیاز است، مثلاً ( س 1 (تی), س 2 (تی), س 3 (تی), س 4 (تی))، بنابراین م= 4. در این حالت، سرعت انتقال نمادها در کانال ارتباطی دو برابر کمتر از سرعت ورود بیت های اطلاعاتی به ورودی مدولاتور است و بنابراین، هر نماد کانال اکنون می تواند یک بازه زمانی از مدت زمان را اشغال کند. تی با = 2Tب با کلید زدن تغییر فاز M-ary، سیگنال رادیویی را می توان به شکل زیر نوشت:

اینجا (t) می تواند مقادیری را از مجموعه بگیرد:

جایی که - مرحله اولیه دلخواه

در ادامه، به جای نمادهای چهار کانال یا چهار سیگنال رادیویی، در مورد یک سیگنال رادیویی منفرد صحبت خواهیم کرد که دامنه پیچیده آن می تواند چهار مقدار نشان داده شده در شکل 4.10 را به صورت صورت فلکی سیگنال دریافت کند.

هر گروه از دو بیت با یک زاویه فاز مربوطه نشان داده می شود، همه زوایای فاز 90 درجه از یکدیگر فاصله دارند. می توان توجه داشت که هر نقطه سیگنال از محور واقعی یا فرضی فاصله دارد = 45 درجه

سیگنال های KFMP-4 را می توان با استفاده از دستگاهی تولید کرد که نمودار عملکرد آن در شکل 4.11 نشان داده شده است، و نمودارهای زمان بندی عملکرد آن در شکل 4.12 نشان داده شده است.

شکل 4.10 - صورت فلکی سیگنال سیگنال رادیویی KFMP-4

دنباله بیت های ارسالی 1، 0، 1، 1، 0، 0، 1، 0، 0، 1، 1، 0، ... به دو دنباله فرعی 1، 1، 0، 1، 0، 1 تقسیم می شود. ، ... و حتی بیت های 0، 1، 0، 0، 1، 0، ... با استفاده از دممولتی پلکسر DD1.

بیت هایی با تعداد یکسان در این دنباله های فرعی جفت هایی را تشکیل می دهند که به راحتی به عنوان بیت های پیچیده مشاهده می شوند. بخش واقعی یک بیت پیچیده کمی در یک دنباله فرد است من، و قسمت خیالی س- کمی دنباله زوج. در این حالت، بیت‌های دنباله فرد در شاخه درون فاز برای مدتی به تأخیر می‌افتند. تیبدستگاه DD2... علاوه بر این، مدت زمان هر دنباله به مقدار 2 کاهش می یابد تیبگسترش دهنده ها DD3 و DD4.

بیت های پیچیده به دست آمده از این طریق به دنباله پیچیده ای از پالس های الکتریکی مستطیلی با مدت زمان 2 تبدیل می شوند. تیببا مقادیر 1+ یا 1- از قسمت های واقعی و خیالی خود که برای تعدیل موج حامل استفاده می شود (
). نتیجه یک سیگنال رادیویی KFMP-4 است.

طراحی. 4.11 - نمودار عملکردی دستگاه شکل دهی KFMP-4

سیگنال رادیویی

شکل 4.12 - نمودارهای زمان بندی هنگام تشکیل KFMP-4

سیگنال رادیویی

نمودار انتقال فاز برای KFMP-4 در شکل 4.13 نشان داده شده است.

شکل 4.13 - نمودار انتقال فاز برای سیگنال رادیویی KFMP-4

در این نمودار، نقطه سیگنال با مختصات (+1، +1) روی خطی قرار دارد که با محورهای مختصات زاویه +45 درجه ایجاد می کند و مربوط به انتقال نمادهای +1 و +1 در کانال های مربعی است. تعدیل کننده اگر جفت کاراکتر بعدی ( - 1، +1)، که مربوط به زاویه + 135 درجه است، سپس از نقطه (+1، +1) به نقطه ( - 1، + 1)، می توانید یک فلش تعیین کننده انتقال فاز سیگنال رادیویی از مقدار +45 بکشید. به مقدار + 135 درجه. سودمندی این نمودار را می توان با مثال زیر نشان داد. از شکل 4.13 چنین بر می آید که چهار مسیر فاز از مبدا عبور می کنند. به عنوان مثال، انتقال از یک نقطه صورت فلکی (+1، +1) به یک نقطه (-1، -1) به معنای تغییر 180 درجه در فاز آنی موج حامل فرکانس بالا است. از آنجایی که معمولاً یک فیلتر بالاگذر باند باریک در خروجی مدولاتور نصب می شود (شکل 4.9 را ببینید)، چنین تغییری در فاز سیگنال با تغییر قابل توجهی در مقادیر پوشش سیگنال در خروجی این فیلتر همراه است. و بنابراین در کل خط انتقال. ناسازگاری مقادیر پاکت سیگنال رادیویی به دلایل زیادی در سیستم های انتقال دیجیتال نامطلوب است. افست CPMF فاقد این اشکال است.

4.2.3 جابجایی فاز چهارتایی افست کلید.این روش شکل دهی سیگنال تقریباً به طور کامل مشابه روش مربعات شکل گیری سیگنال QPSK-4 است، اما با این تفاوت که توالی فرعی در شاخه مربعی در زمان جابجا می شود (تأخیر) بر اساس زمان. تی b یا به طور معادل، نیمی از طول مدت نماد کانال. برای پیاده سازی این روش باید عنصر تاخیر زمانی را حذف کنید تیب DD2در شاخه داخل فاز با چنین تغییری، دنباله مربعات بعدی نمادهای کانال با زمان به تاخیر می افتد تیبا یک توالی نسبتاً درون فازی (شکل 4.14).

شکل 4.14 - نمودارهای زمان بندی هنگام تشکیل KFMP-4

آفست سیگنال رادیویی

در نتیجه، در نمودار انتقال فاز (شکل 4.15) برای این روش دستکاری هیچ مسیری از مبدأ عبور نمی کند. این بدان معنی است که فاز آنی سیگنال رادیویی هیچ جهشی 180+ درجه ندارد و بنابراین، پوشش این سیگنال مانند QFMP-4 افت عمیق ندارد (شکل 4.11).

شکل 4.15 - نمودار انتقال فاز سیگنال رادیویی KFMP-4

انحراف

4.2.4 سیگنال های KFMP-8جریان بیت های اطلاعاتی که به ورودی مدولاتور می رسد را می توان به گروه های 3، 4 بیتی و غیره تقسیم کرد و سپس سیگنال های KFMP-8، KFMP-16 و غیره را تشکیل داد. شکل 4.16 صورت فلکی سیگنال را برای سیگنال رادیویی KFMP-8 نشان می دهد.

شکل 4.16 - صورت فلکی سیگنال برای سیگنال رادیویی KFMP-8

این روش مدولاسیون به هشت نماد کانال نیاز دارد که فازهای اولیه آن با یک زاویه مضرب 45 درجه با فاز آنی موج حامل مدوله نشده متفاوت است. اگر دامنه همه نمادهای کانال یکسان باشد، نقاط سیگنال روی یک دایره قرار می گیرند. مقادیر ممکن قسمت های واقعی و خیالی دامنه های مختلط این نمادها با ضرایب متناسب است. منو Q مقادیر را از مجموعه می گیرند

. (4.23)

مسئله ایجاد تناظر بین نقاط صورت فلکی سیگنال و سه گانه بیت های اطلاعاتی کاملاً ساده نیست. این فرآیند معمولاً به عنوان نامیده می شود کدگذاری سیگنال. V جدول 4.1 نمونه ای از چنین تطابقی را نشان می دهد، که ممکن است، اما بهترین نیست، زیرا برای ایجاد بهترین تطابق، ابتدا باید نحوه دموله کردن چنین سیگنالی را در صورت وجود تداخل تعیین کنید و سپس احتمال خطا را هنگام دریافت محاسبه کنید. یک نماد کانال یا یک بیت اطلاعات. بهترین را می توان روش کدگذاری سیگنال نامید که در آن احتمال خطا کمترین است.

جدول 4.1 - مطابقت بین نقاط صورت فلکی و سه گانه از _ بیت های اطلاعاتی

شکل 4.17 نمودار عملکردی دستگاه برای تولید سیگنال رادیویی KFMP-8 را نشان می دهد.

کار شکل دهنده به این صورت است: دم مولتی پلکسر DD1 یک جریان ورودی از بیت های اطلاعات مدت زمان را اختصاص می دهد تیببه سه مرحله بعدی، عناصر تاخیر DD2و DD3این توالی‌های بعدی، بسط‌دهنده‌ها را به موقع تراز کنید DD4- DD6 مدت زمان هر نماد را به مقدار طول مدت نماد کانال افزایش دهید تی c = 3 تیب کدگذاری سیگنال در این مورد به محاسبه مقادیر اجزای درون فاز و مربعی پوشش پیچیده سیگنال رادیویی QFMP-8 کاهش می یابد. این عمل توسط یک رمزگذار سیگنال انجام می شود که شامل یک رمزگذار است DD7 دارای دو خروجی دیجیتال با 3 عدد - کلمات بیت، که در مبدل های دیجیتال به آنالوگ (DAC) DD1 وDD2 تبدیل به مقادیر آنالوگ با مقادیر مورد نیاز (4.23).

شکل 4.17 - نمودار عملکردی دستگاه شکل دهی

سیگنال رادیویی KFMP-8

4.2. 5 π / 4 - کلید زنی تغییر فاز چهارگانه.با KFMP-4 و KFMP-4 با افست، حداکثر تغییر در فاز لحظه ای سیگنال رادیویی به ترتیب 180 درجه و 90 درجه است. در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود π / 4-کلید تغییر فاز چهارگانه, که در آن حداکثر پرش فاز 135 درجه است و تمام مقادیر ممکن فاز آنی سیگنال رادیویی مضربی از π / 4 است. هیچ مسیر انتقال فاز برای این روش مدولاسیون از مبدا عبور نمی کند. در نتیجه، پاکت RF در مقایسه با QPSK دارای شیب کمتری است. نمودار عملکردی یک دستگاه برای تشکیل چنین سیگنال رادیویی در شکل 4.18 نشان داده شده است.

شکل 4.18 - نمودار عملکردی دستگاه شکل دهی

سیگنال رادیویی با نسبی π / 4 مربع

کلید زدن تغییر فاز

دنباله ای از بیت های اطلاعاتی ( n من, i = 1,2, ...) به دو دنباله تقسیم می شود: فرد ( n 2 من-1، i = 1،2، ...) و زوج ( n 2 من, i = 1, 2, ...) بیت که بیت ها به صورت جفت انتخاب می شوند. هر جفت جدید از این بیت ها تعریف می کند افزایش فاز ارتعاش حامل توسط مقدار
مطابق جدول 4.2

جدول 4.2 - افزایش فاز حامل از مقادیر بیت

اگر نماد را معرفی کنیم برای انحراف فاز سیگنال رادیویی از فاز موج حامل مدوله نشده در بازه قبلی، سپس مقادیر جدید انحراف فاز این سیگنال و دامنه پیچیده در بازه فعلی توسط برابری ها:

در نتیجه مقادیر قسمت های واقعی و خیالی پوشش پیچیده این سیگنال در بازه زمانی فعلی با مدت زمان 2 تی ببرابر شود:

(4.24)

(4.25)

از برابری های (4.24)، (4.25) نتیجه می شود که مقادیر ممکن فاز در فاصله با عدد منبه مقدار فاز سیگنال رادیویی در فاصله زمانی با عدد ( من- 1). طبق جدول 4.2، مقادیر جدید مضربی از π / 2 هستند.

شکل 4.19، a مجموعه نقاط سیگنال ممکن را برای فاصله با عدد نشان می دهد من، اگر
; یک صورت فلکی مشابه برای حالتی که، در شکل 4.19، b نشان داده شده است. صورت فلکی کلی نقاط سیگنال برای این روش مدولاسیون در شکل 4.19، c نشان داده شده است و با قرار دادن شکل 4.19، a، b بر روی یکدیگر به دست آمده است. در شکل 4.19، جهت انتقال با فلش نشان داده نشده است، زیرا برای هر انتقال، جهت در هر دو جهت امکان پذیر است.

شکل 4.19 - صورت فلکی سیگنال یک سیگنال رادیویی با π / 4-مربع

دستکاری نسبی

همچنین تاکید بر این نکته ضروری است که با این روش مدولاسیون، هر جفت بیت اطلاعات جدید فاز کامل موج حامل را تعیین نمی کند، بلکه فقط افزایش این فاز را برای فاصله با عدد تعیین می کند. منبا توجه به فاز کامل پاکت مجتمع در فاصله با شماره ( من- 1). چنین تکنیک های مدولاسیون نامیده می شود نسبت فامیلی.

4.2. 6 طیف سیگنال PMF.نشان دادن سیگنال تعدیل کننده از طریق C (t)سیگنال مدوله شده را به شکل زیر می نویسیم:

در طول مدولاسیون، چنین سیگنالی فاز اولیه خود را از آن تغییر می دهد -  /2 قبل از +  /2 و بالعکس هنگام تغییر سیگنال مدوله C (t)از جانب 0 قبل از 1 و برگشت

ارزش

, (4.27)

مشخص کردن حداکثر انحراف فاز از مقدار میانگین، شاخص کلیدسازی تغییر فاز نامیده می شود. پس از تبدیل های مثلثاتی، عبارت (4.26) را می توان به صورت زیر نوشت:

برای یافتن طیف سیگنال FMF کافی است که طیف تابع را پیدا کنیم. cos ( ج (t))و گناه ( ج (t))... این روش برای همه شرایط مناسب است. در این مورد، یعنی برای پالس های تعدیل کننده مستطیلی، می توانید از روش بصری ساده تری برای محاسبه استفاده کنید.

شکل 4.7، b-d نشان می دهد که یک سیگنال با دستکاری روشن است 180  را می توان به عنوان مجموع یک سیگنال AMP با دو برابر دامنه یک شکل موج تعدیل نشده در نظر گرفت که فاز آن مخالف فاز حامل سیگنال AMP است. این الگو را می توان به هر مقدار از پرش فاز تعمیم داد ( <> 180  ) ... در نتیجه، FMP در زاویه  را می توان به عنوان مجموع سیگنال AMP و حامل تعدیل نشده در نظر گرفت. از این رو، می‌توان نتیجه گرفت که طیف سیگنال فاز-کلید از نظر شکل با طیف سیگنال AMF (به استثنای حامل) مطابقت دارد.

اگر از یکی از دو روش در نظر گرفته شده در بالا استفاده کنیم، عبارات طیف FMF شکل خواهند داشت

از بیان (4.29) می توان دریافت که دامنه همه اجزای طیفی به بزرگی پرش فاز بستگی دارد.  و چرخه وظیفه قطار پالس.

برای FMP روشن  = 180  عبارات ساده تری به دست می آید:

. (4.30)

نمونه هایی از طیف محاسبه شده با عبارات (4.29) و (4.30) در شکل 4.20 نشان داده شده است.

شکل 4.20 - طیف سیگنال های PMF

همانطور که از طیف فوق مشاهده می شود، پهنای باند فرکانسی مورد نیاز دو برابر پالس های ویدئویی است.

ω = 2 /  یا F = 2 / ، (4.31)

و در FMF در  = 180 و Q = 2 هیچ حاملی در طیف وجود ندارد.

همانطور که دیدیم، هنگام انتقال پیام های گسسته، نه تنها از FMP دو موقعیتی استفاده می شود. روش های چهار موقعیت چهار و هشت موقعیت FMP به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. بزرگی پرش فاز سیگنال در این موارد می تواند به ترتیب 4 و 8 مقدار داشته باشد. برای چنین مواردی، نتایج به دست آمده در بالا نیز اعمال می شود. طیف باندهای جانبی با حفظ همان شکل، با تغییر در اندازه پرش، دامنه خود را تغییر می دهد.

برای موارد پیچیده تر، زمانی که پرش های فاز با بزرگی های مختلف متناوب می شوند، فرمول های فوق معتبر نیستند. طیف می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

سیگنال کلید شده تغییر فاز به شکل زیر است:

جایی که و پارامترهای ثابت هستند، فرکانس حامل است.

اطلاعات از طریق یک مرحله منتقل می شود. از آنجایی که در طول دمدولاسیون منسجم یک حامل در گیرنده وجود دارد، تغییر فاز فعلی با مقایسه سیگنال (3.21) با حامل محاسبه می شود. تغییر فاز یک به یک با سیگنال اطلاعات است.

کلیدسازی باینری تغییر فاز(BPSK - باینری فاز تغییر کلید)

مجموعه مقادیر سیگنال اطلاعات در یک متناظر یک به یک با مجموعه تغییرات فاز قرار می گیرد. هنگامی که مقدار سیگنال اطلاعات تغییر می کند، فاز سیگنال رادیویی 180 درجه تغییر می کند. بنابراین، سیگنال BPSK می تواند به صورت نوشته شود

از این رو، ... بنابراین برای انجام BPSK کافی است سیگنال حامل را در سیگنال اطلاعاتی که دارای مقادیر متعدد است ضرب کنیم. در خروجی سیگنال های مدولاتور

, .

برنج. 3.38. شکل موج و صورت فلکی زمانی BPSK:

الف - پیام دیجیتال؛ ب - سیگنال تعدیل کننده؛ ج - نوسان HF مدوله شده. د - صورت فلکی سیگنال

شکل موج و صورت فلکی آن در شکل 3.38 نشان داده شده است.

دیفرانسیل (نسبی) BPSK (DBPSK) زیرگونه ای از خانواده BPSK است. نیاز به مدولاسیون نسبی به این دلیل است که اکثر طرح‌های بازیابی حامل منجر به ابهام فاز حامل بازیابی شده می‌شود. در نتیجه بازیابی، یک تغییر فاز دائمی، مضرب 180 درجه، می تواند تشکیل شود. مقایسه سیگنال دریافتی با حامل بازیابی شده در این مورد منجر به وارونگی (تغییر مقادیر همه بیت ها به عکس) می شود. با رمزگذاری نه تغییر فاز مطلق، بلکه تغییر آن نسبت به مقدار در بازه بیت قبلی، می توان از این امر اجتناب کرد. به عنوان مثال، اگر در بازه بیت فعلی مقدار بیت در مقایسه با قبلی تغییر کرده باشد، مقدار فاز سیگنال مدوله شده 180 درجه تغییر می کند، اگر ثابت بماند، فاز نیز تغییر نمی کند.

چگالی طیفی توان سیگنال BPSK با سیگنال OOK یکسان است، به جز عدم وجود سیگنال حامل در طیف:

, (3,22)

کلید زنی تغییر فاز چهارگانه(QPSK - کلید زدن فاز چهارگانه)

تغییر کلید فاز چهارگانه (QPSK) یک کلید تغییر فاز چهار سطحی (= 4) است که در آن فاز نوسان فرکانس بالا می تواند 4 مقدار مختلف با یک پله مضربی از π/2 بگیرد.

رابطه بین تغییر فاز نوسان مدوله شده از مجموعه و بسیاری از نمادها (dibits) یک پیام دیجیتال در هر مورد توسط استاندارد برای کانال رادیویی تنظیم شده و توسط صورت فلکی سیگنال نمایش داده شده است شکل 3.39. فلش ها انتقال احتمالی از یک حالت فاز به حالت دیگر را نشان می دهند.

از شکل می توان دریافت که مطابقت بین مقادیر نمادها و فاز سیگنال به گونه ای برقرار می شود که در نقاط مجاور صورت فلکی سیگنال مقادیر نمادهای مربوطه فقط در آنها متفاوت است. یک بیت هنگام انتقال در یک محیط پر سر و صدا، محتمل ترین خطا تعیین فاز یک نقطه صورت فلکی مجاور خواهد بود. با رمزگذاری مشخص شده، علیرغم این واقعیت که در تعیین معنای نماد خطا وجود دارد، این با خطا در یک (و نه دو) بیت اطلاعات مطابقت دارد. بنابراین، کاهش احتمال خطای بیت به دست می آید. به این روش کدگذاری، کد خاکستری می گویند.

هر مقدار فاز سیگنال مدوله شده مربوط به 2 بیت اطلاعات است و بنابراین تغییر در سیگنال مدولاسیون با مدولاسیون QPSK 2 برابر کمتر از مدولاسیون BPSK در همان سرعت انتقال اطلاعات رخ می دهد. مشخص است که چگالی توان طیفی یک سیگنال چند سطحی با چگالی توان طیفی یک سیگنال باینری در هنگام جایگزینی بازه نماد با یک نماد منطبق است. ... برای مدولاسیون 4 سطح = 4 و بنابراین.

چگالی طیفی توان یک سیگنال QPSK با یک سیگنال مدوله کننده با پالس های مستطیلی بر اساس (3.22) با عبارت:

.

از این فرمول می توان دریافت که فاصله بین صفرهای اول چگالی طیفی توان سیگنال QPSK 2 برابر کمتر از سیگنال BPSK است. به عبارت دیگر، بازده طیفی مدولاسیون QPSK 2 برابر بیشتر از مدولاسیون باینری BPSK است.

سیگنال QPSK می تواند به صورت نوشته شود

جایی که .

سیگنال QPSK را می توان به صورت اجزای درون فازی و چهارگانه نمایش داد

جایی که جزء درون فازی نماد هفتم است،