صورت فلکی سیگنال بر اساس قانون خاکستری شکل گرفته است

برای افزایش سرعت داده از مدولاسیون دامنه مربعی QAM استفاده می شود که نمای دامنه فازمدولاسیون QAM در مودم های کابلی در استاندارد استفاده می شود تلویزیون دیجیتال DVB-C و همچنین پخش دیجیتالمحدوده مایکروویو

شکل 1. نمودار برداری سیگنال 16-QAM (سمت چپ) و صورت فلکی سیگنال سیگنال 32-QAM (راست)

در QAM 16 نقطه ای (16-QAM)، چهار مقدار سیگنال برای هر یک از مولفه های مربعی I و Q وجود دارد که به 16 مقدار کل سیگنال می رسد.

با دانستن اینکه 16=2 4 است، دریافت می کنیم که چهار بیت را می توان در 16-QAM در یک نماد انتقال داد. این به آن معنا است نرخ نماددر این نوع مدولاسیون، مدولاسیون بیتی چهار برابر کمتر به دست می آید، یعنی. برابر 1/4 نرخ بیت است. به این ترتیب، نوع داده شدهمدولاسیون اجازه می دهد تا انتقال داده کارآمدتر از نظر طیفی سازماندهی شود. از نظر نرخ بیت، این نوع مدولاسیون بسیار کارآمدتر از مدولاسیون فاز باینری (BPSK)، چهار موقعیت (QPSK) یا هشت موقعیت (8 PSK) است. بلافاصله باید توجه داشت که QPSK و 4-QAM در واقع همان نوع مدولاسیون هستند.

یکی دیگر از انواع QAM 32-QAM است. ویژگی های آن به شرح زیر است: شش مقدار سیگنال برای I و برای Q، که در نهایت 6 × 6 = 36 نقطه صورت فلکی برای کل سیگنال می دهد. این نوع مدولاسیون دارای یک ویژگی است.

در نتیجه، تعداد مقادیر 36 با داده های اصلی مطابقت ندارد، زیرا خیلی بزرگ، (36>32). بنابراین، چهار مقدار سیگنال "گوشه" (که بیشتر قدرت فرستنده را به خود اختصاص می دهد) حذف می شود.

این مقدار توان خروجی را که فرستنده باید تولید کند کاهش می دهد. بر اساس این واقعیت که 32 = 2 5 است، نرخ بیت برابر با 5 bps و نرخ نماد برابر با 1/5 دریافت می کنیم.

ادبیات:

1. تقویت کننده های برق RF استیو سی کریپس برای ارتباطات بی سیم - ARTECH HOUSE, INC., 2006
2. ماریان کی.
3. دستگاه های انتقال رادیو: کتاب درسی برای دانشگاه ها; ویرایش V. V. Shakhgildyan. - ویرایش سوم، بازبینی شده. و اضافی - م .: رادیو و ارتباطات، 2003.

همراه با مقاله "مدولاسیون مربعات (QAM)" بخوانید:

شرح

سیگنال رادیویی به صورت نمودار پراکندگی دوبعدی در صفحه مختلط نشان داده می شود، نقاطی که همه روی آن قرار دارند. نمادهای ممکنبه شکل هندسی ارائه شده است. به طور انتزاعی تر، نمودار تمام مقادیری را که می توان با یک طرح دستکاری داده شده به عنوان نقاطی در صفحه مختلط انتخاب کرد، برچسب گذاری می کند. از صور فلکی سیگنال به دست آمده در نتیجه اندازه گیری سیگنال رادیویی می توان برای تعیین نوع دستکاری، نوع تداخل و سطح اعوجاج استفاده کرد.

هنگام نمایش نماد ارسالی به عنوان یک عدد مختلط و مدوله کردن سیگنال سینوسی و کسینوس فرکانس حامل به ترتیب با قسمت های واقعی و فرضی، نماد را می توان توسط دو حامل با فرکانس مشابه ارسال کرد. این حامل ها اغلب به عنوان مربع. آشکارساز منسجم ( ) قادر است هر دو حامل را به طور مستقل از حالت مدوله خارج کند. اصل استفاده از دو حامل مدوله شده مستقل در قلب مدولاسیون مربعی است. در کلید زدن تغییر فاز ساده، فاز نماد تعدیل کننده به فاز سیگنال حامل تبدیل می شود.

اگر شخصیت ها در فرم باشند اعداد مختلط، آنها را می توان به عنوان نقاطی در صفحه مختلط نشان داد. محورهای واقعی و خیالی اغلب نامیده می شوند در فازیا محور I و مربع(مربع) یا محور Q. هنگام ترسیم نقاط روی نمودار از چندین نماد، می توانید یک صورت فلکی سیگنال دریافت کنید. نقاط روی نمودار اغلب نامیده می شوند نقاط سیگنال(یا نقاط صورت فلکی). آنها نماینده بسیاری هستند نمادهای تعدیل کننده، یعنی الفبای تعدیل کننده.

مدولاسیون کد دار trellis

هنگام استفاده از کدگذاری بلوکی یا کانولوشنال، ایمنی نویز ارتباطات رادیویی با گسترش باند فرکانس و پیچیده شدن تجهیزات رادیویی بدون افزایش نسبت سیگنال به نویز (SNR) افزایش می‌یابد. برای حفظ ایمنی نویز در همان SNR، می‌توان پهنای باند قابل استفاده را کاهش داد و تجهیزات رادیویی را می‌توان با استفاده از مدولاسیون رمزدار ترلی (TCM) که اولین بار در سال 1982 توسط Ungerbock توسعه داد، ساده‌سازی کرد. در قلب TCM یک فرآیند مشترک کدگذاری و مدولاسیون وجود دارد.

اگر از یک رمزگذار/مدولاتور ترکیبی استفاده شود که ساختار کلی آن در شکل نشان داده شده است، بیت b0 به شما امکان می دهد یکی از دو صورت فلکی را انتخاب کنید که از تقسیم اول حاصل شده است. علاوه بر این، انتخاب بسته به بیت های b1 و b2 تعیین می شود.

کاربرد

تشخیص را بر اساس روش حداکثر احتمال در نظر بگیرید. هنگامی که یک سیگنال رادیویی در دمدولاتور دریافت می شود، نماد دریافتی ارزیابی می شود که در حین ارسال یا در حین دریافت تحریف می شود (به عنوان مثال، به دلیل افزایش نویز گاوسی سفید، محو شدن، چند مسیره، تضعیف، تداخل و نقص تجهیزات رادیویی). دمدولاتور بهترین تقریب را برای سیگنال ارسالی انتخاب می کند، یعنی. نزدیکترین نقطه صورت فلکی سیگنال بر حسب متریک اقلیدسی). بنابراین، اگر اعوجاج سیگنال به اندازه کافی قوی باشد، ممکن است نقطه ای غیر از نقطه ارسال شده انتخاب شود و دمدولاتور نتیجه نادرستی خواهد داد. بنابراین، فاصله بین دو نزدیکترین نقطه صورت فلکی، مصونیت نویز دستکاری را تعیین می کند.

به منظور تجزیه و تحلیل سیگنال های دریافتی، صورت فلکی تشخیص انواع خاصی از اعوجاج سیگنال را آسان تر می کند. مثلا

• نویز گاوسی به صورت نقاط صورت فلکی تار نشان داده می شود
• تداخل فرکانسی غیر منسجم به جای یک نقطه صورت فلکی، شبیه دایره است
• اعوجاج فاز به صورت نقاط سیگنال توزیع شده در یک دایره قابل مشاهده است
• تضعیف سیگنال باعث می شود که نقاط گوشه به مرکز نزدیکتر از آنچه که باید باشند.

صور فلکی سیگنال تصویری شبیه به نمودار چشمبرای سیگنال های یک بعدی نمودارهای چشمی برای تعیین لرزش در یک اندازه گیری مدولاسیون استفاده می شود.

را نیز ببینید

• نمودار چشم ( انگلیسی)

ادبیات

• پروکیس جی.ارتباطات دیجیتال. - مطابق. از انگلیسی. // اد. D. D. Klovsky. - م.: رادیو و ارتباطات، 2000. - 800 ص. - شابک 5-256-01434-X
• اسکلیار بی.ارتباطات دیجیتال. مبانی نظریو استفاده عملی. - مطابق. از انگلیسی. - م.: انتشارات"ویلیامز"، 2003. - 1104 ص. -

روش های مدولاسیون در سیستم های تلویزیون دیجیتال

در مهندسی ارتباطات دیجیتالروش های مدولاسیون نقش بسیار مهمی دارند. علاوه بر عملکرد اصلی آن - تبدیل نماد - سیگنال - فرآیند مدولاسیون است بخشی جدایی ناپذیر فرآیند کلیتطبیق سیگنال با ویژگی های کانال. روش‌های مدرن مدولاسیون چند موقعیتی، مطابق با قضیه شانون، می‌تواند به عنوان راهی برای رمزگذاری داده‌های پیام در نمادهای کانال در نظر گرفته شود.

ویژگی انتخاب روش های مدولاسیون خاص در سیستم های تلویزیون دیجیتال به دلیل شبکه داده شده کانال های پخش روی هوا است، به عنوان مثال. با استفاده از طرح های فرکانس موجود. که در کشورهای مختلفکانال های رادیویی با باندهای فرکانسی 6، 7 یا 8 مگاهرتز در دسترس هستند. جریان دیجیتال خدمات مختلفدر این باندها منتقل شود شرایط عادیمقدار سیستم های مختلفپخش با سرعت 20 مگابیت بر ثانیه و بالاتر. بنابراین، نرخ بیت خاص باید تقریباً 4 بیت/(s·Hz) در باند 6 مگاهرتز و 3 بیت/(s·Hz) در باند 7 یا 8 مگاهرتز باشد. اما گنجاندن فیلترهایی در مسیر انتقال که ضریب گرد کردن طیف را بین 25 تا 35 درصد تعیین می‌کنند و همچنین نیاز به افزایش نرخ انتقال داده با معرفی نمادهای حفاظت از خطای کد، منجر به افزایش اضافی در نرخ ویژه مازاد می‌شود. از ارزش های نظری داده شده

از نظر تئوری، بازده طیفی تا 4 بیت/(s·Hz) را می توان توسط انواع مدولاسیون مانند 16 QAM، 4 VSB یا 16 PSK ارائه کرد. اما به این دلایل، باید تعدد مدولاسیون را بالا برد و مدولاسیون مرتبه بالاتر مانند 64 QAM و 8 VSP را اعمال کرد. در سیستم های توزیع تلویزیون کابلی که سطح تداخل به طور قابل توجهی کمتر از پخش زمینی است، می توان نسبت مدولاسیون را بیشتر کرد و از 256 QAM و 16 VSB استفاده کرد.

ما به ویژه توجه می کنیم که معمولاً از اختصارات برای تعیین انواع مدولاسیون استفاده می شود که معادل های لاتین و تا حدی روسی برای آنها وجود دارد. با این حال، برخی از طرح‌های مدولاسیون پیشرفته هنوز نام‌های روسی دقیق از نظر اصطلاحی دریافت نکرده‌اند. برای جلوگیری از سردرگمی، از اختصارات عمدتاً لاتین و در صورت لزوم از اصطلاحات و اختصارات روسی استفاده می شود.

صور فلکی سیگنال

الف) نمودارهای قطبی

یک ابزار مناسب برای تجزیه و تحلیل ویژگی های سیگنال های مدوله شده، نمایش آنها با استفاده از نمودارهای قطبی و مربعی به شکل است. صور فلکی سیگنال

در طول مدولاسیون موج حامل، پارامترهایی مانند دامنه، فاز و فرکانس را می توان تغییر داد. در انواع سادهپیام مدولاسیون مدولاسیون تنها یک پارامتر را تغییر می دهد. با انواع ترکیبی مدولاسیون، دامنه و فاز حامل می تواند به طور همزمان تغییر کند. که در سیستم های شناخته شدهتلویزیون دیجیتال از مدولاسیون دامنه چندسطحی با باند جانبی پایین تا حدی سرکوب شده (8-، 16-VSB)، مدولاسیون فاز مربعی چهار موقعیت (QPSK) و مدولاسیون فاز مربعی دامنه (16-، 64-، 256 QAM) استفاده می کند.

ساده ترین راه برای نمایش روابط دامنه-فاز سیگنال مدوله شده است نمودار قطبیهنگام ساخت یک نمودار قطبی، حامل یک عنصر مرجع است که نسبت به آن زاویه تغییر فاز و تغییر سطح سیگنال مدوله شده اندازه گیری می شود. مدول بردار شعاع منتشر شده از مرکز دایره (مبداء) سطح نسبی سیگنال ابتدایی را مشخص می کند و زاویه تمایل بین بردار شعاع و برخی از شعاع اولیه تغییر فاز فعلی را مشخص می کند.

نمایش سیگنال s(t)در نمودار قطبی مربوط به "انجماد" آن در زمان است، زمانی که فقط دامنه سیگنال ثابت است ولیو تغییر فاز اولیه آن θ .

ب ) نمودارهای ربع

تعدیل کننده های مدرن برای سیستم های دیجیتالانتقال، به عنوان یک قاعده، طبق یک طرح مربع ساخته می شود. در چنین در یک مدولاتور، سیگنال خروجی با جمع دو سیگنال مدوله شده مختلف که حامل‌های آنها یک تغییر فاز 90 درجه بین آنها دارند، تشکیل می‌شود. ورودی دو سیگنال باند پایه مدولاتور مربعی نشان داده شده است منو س: من(در فاز) به کانالی اطلاق می شود که در آن تغییر فاز اولیه حامل 0 درجه در نظر گرفته می شود. ، س- به کانال، حاملی که در آن 90 درجه جابجا شده است. برای نمایش مناسب فضای سیگنال در خروجی مدولاتور مربعات، نمودارهای قطبی به یک سیستم مختصات مستطیلی تبدیل می شوند که در آن محور افقی منبه تعویق انداختن سطح سیگنال در کانال درون فاز، و
محور عمودی س- سطح سیگنال در کانال مربعی. تمام ساختارهای دیگر با در نظر گرفتن این که محور با نمودار قطبی مطابقت دارد مننماد انتقال فاز صفر و محور Q نماد جابجایی 90 درجه است. پیش بینی بردار سیگنال بر روی محورها منو سجزء ربع آن محسوب می شود. برنج. شکل 2 انتقال از قطبی به ربع را توضیح می دهد و نمودارهای مربع کامل برای 4-PM و 8-PM در شکل 2 نشان داده شده است. 3.

برای ساده کردن ترسیم نمودار مربعات، به ویژه هنگام نمایش سیگنال های انواع مدولاسیون چند موقعیتی مدرن، معمولاً فقط نشان داده می شود. نقاط پایانیبردارهای ناشی از مبدأ، و خود بردارها، به عنوان معمولا حذف می شود خود محورها اغلب پایین می آیند منو س،به این معنی که از مرکز تقارن شکل عبور می کنند. مجموعه کاملی از سیگنال های مدوله شده که به صورت نقطه در یک نمودار مربعی نشان داده شده است نامیده می شود صورت فلکی سیگنال،و خود سیگنال ها نقاط صورت فلکیشکل صورت فلکی سیگنال مربوط به نوع مدولاسیون است و فواصل بین نقاط صورت فلکی مصونیت نویز هنگام دریافت سیگنال را مشخص می کند.

به عنوان مثال، در شکل. 4 چند صورت فلکی ساده را نشان می دهد: یک بعدیبرای مدولاسیون دامنه(AM) و دو بعدیبرای مدولاسیون فاز (PM)، که مکان نقاط آن به ترتیب یک خط مستقیم و یک دایره است. در اینجا لازم به ذکر است که صورت فلکی AM نشان داده شده با استفاده از پالس های دوقطبی به عنوان سیگنال تعدیل کننده به دست می آید. سطوح قابل توجهیکه در مورد سطح صفر متقارن هستند. هنگامی که توسط پالس های منفی مدوله می شود، فاز سیگنال به طور همزمان معکوس می شود. بنابراین چنین AM را می توان نوعی FM نیز در نظر گرفت.

اصول مدولاسیون ربع

در اکثر سیستم های تلویزیون دیجیتال، مدولاتورها و دمدولاتورها بر اساس طرح های مربعی ساخته می شوند. مدولاتور مربعات است دستگاه جهانی، که قابل استفاده است برای به دست آوردن یک سیگنال حامل مدوله شده خطی با دو باند جانبی، از جمله انواعی مانند مدولاسیون فاز و دامنه فاز.

بلوک دیاگرام مدولاتور مربعات در شکل نشان داده شده است. 5. مدولاتور مبتنی بر دو مدولاتور متعادل و یک جمع کننده سیگنال RF است که در خروجی آن یک سیگنال مدوله شده چهارگانه تشکیل می شود. s(t).حامل هایی که به ورودی های مرجع تعدیل کننده های متعادل می رسند، یک تغییر فاز متقابل 90 درجه دارند، یعنی. در مربع هستند سیگنال های تعدیل کننده ورودی x j (t)و y 0 (t)در سطح کوانتیزه و در زمان گسسته هستند. مدت زمان بازه ساعت آنها با فرکانس ساعت تعیین می شود. بنابراین، سیگنال های ورودی سیگنال هایی با مدولاسیون دامنه پالس (PAM) در باند پایه هستند.

اعلام وصول انواع مختلفمدولاسیون با استفاده از یک مدولاتور مربعی با اعمال سیگنال های AIM دوقطبی به ورودی های آن ارائه می شود. x j (t)و yQ(t)،به تعداد متفاوتی از سطوح و متقارن نسبت به صفر تقسیم می شود. در مورد "منحط"، i.e. هنگامی که ولتاژ صفر به یکی از ورودی ها اعمال می شود، و یک دنباله باینری با سطوح نسبی 1± به دیگری اعمال می شود، تنها یک کانال کار می کند، و مدولاتور از حالت ربع به حالت متعادل تبدیل می شود. خروجی یک سیگنال مدولاسیون فاز یک بعدی با تغییر فاز 180 درجه است که دارای 1 بیت / نماد است. هنگامی که سیگنال‌های AIM باینری به هر دو کانال مدولاتور اعمال می‌شوند، 1 بیت/نماد در هر یک از کانال‌ها مخابره می‌شود و نرخ انتقال کل 2 بیت/نماد است. نتیجه یک سیگنال 4-PSK است که معمولاً به عنوان PM quadrature (QPSK) شناخته می شود، اما به طور رسمی به عنوان یک کلاس گسترده از quadrature نامیده می شود. مدولاسیون دامنه فاز(KAFM).

در تنظیم دقیق(بالانسینگ) مدولاتور ربع و با بازیابی دقیق فرکانس های حامل و ساعت در دمدولاتور، سیگنال های اطلاعاتی هر دو کانال کاملاً مستقل بوده و به هیچ وجه بر یکدیگر تأثیر نمی گذارند. در این حالت، مدل کانال انتقال به شکل نشان داده شده در شکل 6 می باشد. از آنجایی که یک جفت سیگنال متعامد به طور همزمان از طریق کانال رادیویی مخابره می شود (x(t)، y(t))، پس چنین کانالی و صورت فلکی سیگنال مربوطه را دو بعدی می نامند. جفت سیگنال (x t، y t)،مربوط به یک بازه ساعت خاص، نماد سیگنال مدوله شده یا نقطه صورت فلکی سیگنال نامیده می شود. مدولاسیون 2 بعدی QAPSK با صورت های فلکی شبکه ای اغلب به عنوان یک عملیات چهار برابری در دو صورت فلکی AIM 1 بعدی در نظر گرفته می شود. به این دلیل این گونهمدولاسیون معمولا Quadrature Amplitude Modulation - QAM (Quadrature Amplitude Modulation - QAM) نامیده می شود. بنابراین، مدولاسیون 4-QPSK (QPSK) و 4-QAM (4 QAM) مفاهیمی معادل هستند.

هنگامی که تقارن بازوهای تعدیل کننده های متعادل نقض می شود، هنگامی که تغییر فاز بین حامل ها از 90 درجه منحرف می شود، تداخل بین کانال های مربعی رخ می دهد. در این حالت، صورت فلکی سیگنال تار می شود. در هر چرخه، نقطه صورت فلکی دارای مختصات تصادفی در ناحیه است که مرکز آن با مختصات اسمی نقطه مطابقت دارد. هنگامی که دنباله ای از "تصاویر" به طور موقت روی هم قرار می گیرند، صورت فلکی تشکیل می شود
نمودار مربعی با نقاط تار نقاط در موقعیت های شبکه. همان اثر خارجی ناشی از تداخل و نویز کانال است. همه اینها منجر به خطا در دمودولاسیون و رمزگشایی سیگنال می شود. نمونه هایی از اعوجاج در شکل صورت فلکی سیگنال مدولاسیون 16-QAM (نگاه کنید به شکل 7، a)، ناشی از دلایل مختلف، در شکل نشان داده شده است. 7، b-f (b - تداخل نویز، ج - تداخل هارمونیک، d - محدودیت دامنه در تقویت کننده، e - فرکانس ساعت غیر همگام، f - نقض تقارن شانه های تعدیل کننده های متعادل).

مشکل تطبیق یک سیگنال مدوله شده با یک کانال رادیویی به ویژه با بهینه سازی شکل و تعداد نقاط یک صورت فلکی سیگنال دو بعدی حل می شود. حمل سیگنال QAM nبیت/شخصیت، یعنی داشتن 2nنقاط صورت فلکی سیگنال دارای ویژگی جالب زیر است. اگر nیک عدد صحیح زوج است، سپس صورت فلکی سیگنال یک نگاشت ساده از دو کانال مربع مستقل است و شکل مربع دارد و نقاط صورت فلکی مختصاتی به شکل اعداد فرد دارند. اگر شماره n- فرد است، در این صورت صورت فلکی زمانی شکل صلیبی دارد که نقاط در گره های همان شبکه مختصات مستطیل شکل زوج قرار گیرند. nحداقل فاصله نسبی بین هر دو نقطه صورت فلکی 2 است. هنگام افزایش ترتیب صورت فلکی (تعداد بیت در هر نماد) به اندازه یک، لازم است قدرت فرستنده را 3 دسی بل افزایش دهیم.

طرح های مدولاسیون تک فرکانس

یک آشنا مدولاسیون فاز

فاز نسبی(یا اختلاف فاز) مدولاسیون(MPK یا PPM) یک روش عملی برای تحقق دریافت سیگنال های مدولاسیون فاز است. رمزگذاری مجدد سیگنال داده های تعدیل کننده از یک کد مطلق به یک کد نسبی این امکان را فراهم می کند که هنگام رمزگشایی، مقادیر مطلق فاز سیگنال، بلکه تغییرات نسبی آن در نظر گرفته شود، که عدم قطعیت تصمیم در مورد معنای آن را از بین می برد. نشانه.

به دلیل سادگی و کارایی آن، DPS به طور گسترده ای در سیستم های انتقال دیجیتال استفاده شده است. این توسط خواص آن تسهیل شد، مانند 4 برابر بیشتر سرعت بالادر مقایسه با FM با مصونیت نویز برابر در یک کانال با نویز سفید، و با نرخ انتقال اطلاعات برابر، دو برابر مصونیت نویز نسبت به FM و چهار برابر بیشتر از AM.

مدولاسیون فاز نسبی یک مدولاسیون باینری یا روشن-خاموش است که از دو مقدار تغییر فاز استفاده می کند که 180 درجه متفاوت است. مدولاسیون 2-OPM با حالت متعادل 2-AM یکسان است و دارای همان صورت فلکی سیگنال است، که نمودار حالت نیز با آن منطبق است (شکل 4، a را ببینید). در سیستم‌های انتقال دیجیتال مدرن، از سیگنال‌های چند موقعیتی M-OPM استفاده می‌شود. مدولاسیون با افزایش تعدد K (M= 2به)نسبت به OFM که کثرت آن وحدت گرفته شده است. به طور معمول، از مجموعه سیگنال های 4-، 8-، 16-OPM استفاده می شود که صورت های فلکی آنها در شکل نشان داده شده است. 4، ب . اما 8- و 16-OPM از نظر بهره وری انرژی نسبت به 2-OPM و 4-OPM از دست می دهند که به خیلی بیشتر نیاز دارد. قدرت بالافرستنده برای رسیدن به همان عملکرد.

در تلویزیون دیجیتال برای انتقال از طریق مسیرهای ماهواره ای و در پخش زمینی در شرایط دریافت سخت، از مدولاسیون دو یا چهار فاز 4-DPM استفاده می شود که بهترین سازش را از نظر توان به پهنای باند ارائه می دهد. نام دیگر این نوع مدولاسیون با روش به دست آوردن نوسان مدوله شده مرتبط است مدولاسیون فاز نسبی مربعی(KOFM). در ادبیات انگلیسی، QPSK را QPSK (کلیدگذاری چهارگانه یا تغییر فاز کواترنری) می نامند.

مدولاسیون QPSK مبادله لازم بین نرخ انتقال و ایمنی نویز را فراهم می کند و به تنهایی یا در ترکیب با روش های دیگر استفاده می شود. نمودارهای حالت مدولاسیون QPSK و دیفرانسیل افست QPSK (S - DQPSK) نشان داده شده است
در شکل 8. هنگام اجرای کدگذاری دیفرانسیل در ترکیب با یک تغییر حامل توسط π /4 صورت فلکی سیگنال توسط دو صورت فلکی QPSK چهار نقطه ای که با انحراف 45 درجه روی هم قرار گرفته اند تشکیل می شود. در نتیجه، هشت تغییر فاز در سیگنال وجود دارد و فازهای نماد به طور متناوب از یک صورت فلکی QPSK و سپس از صورت فلکی دیگر انتخاب می شوند.

بلوک دیاگرام مدولاتور QPSK در شکل نشان داده شده است. نه.

جریان داده ورودی دیبه دو جریان موازی تقسیم می شود الف و بکه سپس در مبدل کد (PC) به نسبی کدگذاری مجدد می شوند کد دو کانال (کامپوننت) من'و س'.جریان های دیجیتال من و سدر فیلترهای شکل دهی (FF) که سیگنال های خروجی آنها هستند صاف می شوند منو سبه طور مستقیم عملکرد یک مدولاتور چهار فاز، متشکل از دو مدولاتور متعادل و یک جمع کننده را کنترل می کند.

تغییر فاز حامل ها در کانال ها منو سبرابر 90 درجه است. قانون رمزگذاری تغییر فاز در جدول نشان داده شده است. یکی

ب ) مدولاسیون دامنه مربعی

الزامات برای دقت ویژگی های فیلترهای شکل دهی و باند گذر هر چه بیشتر باشد، بالاتر است تعداد بیشترموقعیت ها در سیگنال مدوله شده

سیگنال ها مدولاسیون دامنه مربعی M-QAM به طور گسترده در انتقال سیگنال های تلویزیونی از طریق رله رادیویی و خطوط کابلی، در برخی از سیستم های پخش زمینی تلویزیون دیجیتال استفاده می شود. رایج ترین فرمت مدولاسیون 16 QAM است (شکل 10 را ببینید).

نمودارهای ساختاری مدولاتور 16 QAM و دمدولاتور 16 QAM در شکل نشان داده شده است. 11. جریان داده ورودی ابتدا تحت پردازش دیجیتالی لازم در پردازشگر داده قرار می گیرد: انتخاب فرکانس ساعت، درهم آمیزی، کدگذاری دیفرانسیل، تبدیل سریال به موازی. از آنجایی که مدولاسیون 16 QAM یک نرخ انتقال خاص 4 بیت / هرتز را فراهم می کند، برای مدولاسیون بعدی، جریان داده در طول آن پردازش دیجیتالبه 4 زیر جریان با سرعت کاهش یافته تقسیم می شود. سپس تولید شد تبدیل دیجیتال به آنالوگدو زیر جریان باینری در یک جریان چهار سطحی با تشکیل همزمان طیف آنها در CTF، که در آن پالس ها یک شکل صاف داده می شوند. سیگنال های چهار سطحی در کانال ها منو ستعادل را مدیریت کنید
مدولاتورهایی که سیگنال های خروجی آنها برای تشکیل یک سیگنال QAM 16 با دو باند و یک حامل سرکوب شده اضافه می شود. حامل با یک تغییر به تعدیل کننده های متعادل می رسد π /2، یعنی در مربع سیگنال خروجی مدولاتور در فرکانس میانی حامل از یک فیلتر باند گذر عبور می کند که انتشارات خارج از باند را محدود می کند و می تواند به باند هر کانال پخش تبدیل شود.

دمدولاتور دارای یک جفت مدولاتور و بلوک متعادل است تبدیل معکوساز چهار سطح به سیگنال های باینریبه دنبال پردازش داده ها. گره های اساسا پیچیده مدارهای بازیابی حامل سرکوب شده و همگام سازی ساعت هستند. هر دوی این عملیات بر اساس تجزیه و تحلیل ساختار سیگنال دریافتی در کانال های داخل فاز و مربع انجام می شود. تشکیل فیلترهای پایین گذر در خروجی مدولاتورهای متعادل، طیف سیگنال را به Nyquist مورد نیاز می رساند و نویز و تداخل را کاهش می دهد.

ج) SAM

یکی از روش‌های مدولاسیون در سیستم‌های پخش تلویزیون دیجیتال، مدولاسیون دامنه چندسطحی با باند جانبی پایین‌تر تا حدی سرکوب شده است (AM-LSB، که بیشتر با نام‌های 8 و 16-VSB شناخته می‌شود). سیگنال تعدیل کننده یک پالس 8 یا 16 سطحی است که توسط یک فیلتر شکل دهنده صاف می شود. طول برش های پایین و بالایی طیف 620 کیلوهرتز با عرض طیف کل 6 مگاهرتز است.

مدولاسیون 8-VSB برای استفاده در پخش دیجیتال زمینی و 16-VSB برای کابل در نظر گرفته شده است. شبکه های توزیع. هر دو نوع مدولاسیون VSB دارای صورت فلکی یک بعدی با تعداد نقاط مختلف هستند که تنها نیمی از آنها برای انتقال استفاده می شود. اطلاعات مفیدو نیمی دیگر برای کدگذاری اصلاحی است. بنابراین، از نظر نرخ بار، مدولاسیون 8-(16-) VSB در واقع مطابق با 4-(8-) VSB بدون کدگذاری است. نرخ نماد برای همه انواع VSB تقریبا 2 برابر بیشتر از مقدار عددی باند فرکانس اشغال شده است.

کدنویسی تصحیح کننده نویز

نتیجه عملا مهم کار شانون این است که اگر نرخ انتقال اطلاعات کمتر از ظرفیت کانال باشد، با استفاده از کدهای تصحیح کننده خطا، می توان یک سیستم ارتباطی با احتمال خطای دلخواه کوچک در خروجی رمزگشای کانال ایجاد کرد. در این صورت، یک سیستم کافی بدون کدگذاری اصلاحی پیچیده تر، گرانتر و انرژی بر خواهد بود. از این رو نتیجه گیری: سیستمی که کدگذاری اصلاحی نداشته باشد و بدون خطا کار کند فوق العاده است سیستم کارآمد. برعکس، یک سیستم کارآمد باید بتواند در حالتی با میزان کافی کار کند فرکانس بالاخطاهای موجود در جریان در ورودی رسیور، و جریان رمزگشایی شده خود باید دارای احتمال بسیار کم خطای بیت باشد.

سود پر انرژی کدنویسی

مقدمه ای بر کدنویسی برای تصحیح خطاها در سیگنال اطلاعاتکاراکترهای اضافی با یک اثر منفی همراه است - کاهش با نرخ بیت ثابت ( سی دی اس، نرخ انتقال محموله ( C inf) با نرخ کد نسبت معکوس دارد (R): C DS = C lnf /R، bps نتیجه این است که برای حفظ نرخ انتقال بار، لازم است پهنای باند کانال در آربار یا افزایش تعدد مدولاسیون.

اثر مثبت کدگذاری تصحیح خطا یا کاهش احتمال خطا یا کاهش انرژی انتقال برای همان احتمال خطا یا هر دو به طور همزمان است. بنابراین، کدگذاری، تبادل انرژی پهنای باند به کانال را که در هر سیستم ارتباطی ذاتی است، افزایش می دهد.

به عنوان نمونه ای از مبادلات سیستم، امکان انتخاب بین تعدد مدولاسیون فاز نسبی را در نظر بگیرید به= ثبت 2 منرخ کد آرو حداقل پهنای باند مورد نیاز B N.

فرض کنید که رمزگذار منبع، بیت‌هایی از اطلاعات را با سرعت تولید می‌کند V b = 1/T bجایی که تی ب- مدت زمان نماد اطلاعاتی (فاصله ساعت) در سیستم بدون کدگذاری. سپس، بسته به تعدد مدولاسیون سیگنال PM موقعیتی M، باند Nyquist مورد نیاز است. B N = 1/CT b.هنگام رمزگذاری با کد تصحیح خطا، نرخ جریان چندپخشی، متشکل از اطلاعات و نمادهای برابری، 1 افزایش می یابد. /ربرابر می شود و برابر می شود در= 1/RT bباند Nyquist بر این اساس افزایش می یابد در N=1/KRT b.داده های محاسبه برای طیف وسیعی از مقادیر بهو آردر جدول 2 نشان داده شده است.

از جدول بر می آید که هنگام انتقال با سرعت ثابت V b = const، همان مقدار باند Nyquist، به عنوان مثال. B N = 1/2تی ببرای ترکیب ارائه شده است (K= 2، R=1)، (K= 3، دی=2/3), (K= 4، R=1/2). بهترین ترکیب کدام است؟

پاسخ این سوال توسط پارامتری به نام داده می شود کسب انرژی کدگذاری(EVK).

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که انتقال در سیستم های بدون کدگذاری و با کدگذاری با میانگین توان ثابت انجام می شود ر.ک.در یک سیستم بدون کدگذاری، انرژی محاسبه شده یک بیت از اطلاعات است E b = P cp / V b. در یک سیستم با کدگذاری با افزایش تعداد کلنمادها، انرژی یک بیت از جریان کد به مقدار کاهش می یابد E C \u003d RE b< Е b و P cf \u003d E C V C.

اجازه دهید افزودنی نویز گوسی سفید (AWGN) با چگالی طیفی توان یک طرفه N0. نسبت توان سیگنال مدوله شده به توان نویز در خروجی فیلتر باند گذر نایکوئیست (که معمولاً به آن نسبت حامل به نویز گفته می شود) است:

فرمول (2) نشان می دهد که برای برخی از احتمالات خطا مقدار نسبت C/Nشاید 10 ال جی(1/آر) کمتر از مقدار نسبت است Eb /N0برای همان احتمال خطا در یک سیستم بدون کدگذاری. این مقدار جزء ثابت بهره کدگذاری است و گاهی اوقات نامیده می شود افزایش عملکرد

EEC واقعاً قابل دستیابی، اول از همه، به ویژگی های کد اصلاحی و الگوریتم رمزگشایی آن بستگی دارد. به عنوان مثالی از تعریف GSE در شکل. P2V.19 ویژگی های احتمال خطا را از نسبت نشان می دهد Eb /N0برای سیستم FM با و بدون کدگذاری. تفاوت ارزش Eb /N0بین دو منحنی به صورت افقی با احتمال خطا ثابت (در شکل 12 - برای مقادیر 10 -3 و 10 -5) و EEC است ( جی سی).

مقدار GER واقعی به احتمال خطا بستگی دارد پلی اتیلنکه در آن تعیین می شود. با افزایش C/N(کاهش احتمال خطا) EVK افزایش می یابد، اما تا حد معین. کران بالای EEC واقعی EEC مجانبی است که به صورت زیر تعریف می شود:

(3)

جایی که df – فاصله آزادکد پیچیدگی

یک وابستگی معمولی EEC به احتمال خطای کانال در شکل نشان داده شده است. 13، که در آن منحنی مربوط به استفاده از یک کد کانولوشن با آر = 1/2, d f = 5 برای EEC مجانبی برابر با 3.98 دسی بل.

کارایی و مصونیت نویز سیستم های انتقال دیجیتال

تعیین اثربخشی سیستم های انتقال دیجیتال

الف) بازده طیفی

بازده طیفی (فرکانس).سیستم دیجیتال به این صورت تعریف می شود

(4)

جایی که Rb- نرخ انتقال اطلاعات، بیت/ثانیه؛

B W- نوار کاملفرکانس کانال، هرتز

بازده طیفی با تعداد بیت در ثانیه در هر 1 هرتز از پهنای باند کانال اندازه گیری می شود، یعنی. بیت / (s·Hz).

که در شرایط واقعیپهنای باند کانال موجود B Wبه هر دلیلی، ممکن است به طور کامل مورد استفاده قرار نگیرد، بنابراین حتی یک سیستم انتقال نسبتاً کارآمد در کاربرد خاص خود، طبق این معیار ارزیابی ناکارآمد به نظر می رسد. علاوه بر این، لازم است معیار کارایی طیفی با مرتبط کردن آن به باند نایکیست اصلاح شود. B Nو فاکتور گرد کردن طیف α ، که مقدار آن مشخص کننده گسترش پهنای باند کانال است که عملاً توسط طیف سیگنال اشغال شده است. B Lبالای گروه Nyquist B N:

که در مورد ایده آلدر استفاده کاملکل باند فرکانسی کانال، وقتی B W = B L، شاخص های عملکرد η و γ مطابقت، یعنی γ = η.

همچنین توصیه می شود معیاری برای بازده طیفی بالقوه یک روش مدولاسیون خاص معرفی شود که با ضریب مطابقت دارد. η یا γ در B W = B Lو α = 0.

تعریف کنیم اثربخشی بالقوهچگونه:

هنگام استفاده از مدولاسیون دیجیتال چند موقعیتی

بنابراین، زمانی که B W = B L

(11)

از این رو نتیجه می شود که به منظور افزایش بازده طیفی ساعتلازم است تعدد مدولاسیون lg 2 افزایش یابد ( م) و در عین حال مقدار ضریب گرد کردن طیف را کاهش می دهد α ، در نتیجه شیب طیف قطع سیگنال تعدیل کننده را افزایش می دهد.

در سطح مدرنبرای فشرده‌سازی سیگنال‌های تصویر، انتقال یک برنامه HDTV یا چند برنامه با کیفیت استاندارد به نرخ بیت حدود 20 مگابیت بر ثانیه نیاز دارد. پیش از این اشاره شد که برای تطبیق این نرخ با باندهای فرکانسی استاندارد 6، 7 و 8 مگاهرتز موجود در دنیای شبکه های تلویزیونی، باید از ترکیب مدولاسیون چند موقعیتی با کدگذاری تصحیح کننده خطا استفاده کرد. در شرایط عادی، مبادلات سیستم با بازده طیفی حدود 4 بیت/(s·Hz) به دست می آید. با این حال، با ایمنی ناکافی کانال ارتباطی نسبت به نویز، کاهش نسبت مدولاسیون و افزایش افزونگی به دلیل افزایش نسبت نمادهای کدگذاری اصلاحی ضروری است، در حالی که، بر این اساس، توان عملیاتیو در نتیجه بازده طیفی کاهش می یابد. بسته به نسبت مدولاسیون و نرخ کد اتخاذ شده در پخش تلویزیون دیجیتال زمینی، مقادیر بازده طیفی می تواند در محدوده بسیار وسیعی متفاوت باشد، همانطور که در جدول نشان داده شده است. 3 برای برخی موارد استفاده معمولی برای مدولاسیون غیر سلسله مراتبی در یک کانال 8 مگاهرتز.

ب) بهره وری انرژی

شاخص بهره وری انرژی

جایی که Eب - انرژی سیگنال به ازای هر بیت اطلاعات در ورودی فیلتر گیرنده دریافت می کنیم

از آنجایی که با فیلتر Nyquist منطبق، باند نویز گیرنده با باند Nyquist منطبق است، قدرت نویز در ورودی حل کنندهبرابر است با R W= N o B N، در حالی که نسبت سیگنال به نویز q \u003d R C / R W، و b \u003d R b / B Nq.

شانس η و β به هم مرتبط هستند. جایگزین کردن به فرمول (P2V.38) برای β نگرش Rb / B N = γ 0 = η(1+α)، ما گرفتیم

اینجا زیر پهنای باند سیستم ΔFباید به عنوان یک باند نویز برابر با باند Nyquist درک شود B N. در حد، تحت شرایط قضیه، Rb= C،و سپس می توانیم نسبت کران بالای کارایی انتقال اطلاعات را بدست آوریم

ایمنی بالقوه نویز مدولاسیون دیجیتال

الف) مدولاسیون فاز

هنگامی که نویز به یک سیگنال دو فاز 2-PSK اعمال می شود، احتمال خطای بیت در خروجی فیلتر دریافت به صورت زیر داده می شود:

جایی که Ebانرژی در هر بیت سیگنال ورودی PSK است.

N0چگالی طیفی توان یک طرفه نویز در ورودی فیلتر گیرنده است.

در مورد منسجم 4-PSK، فرآیند دمودولاسیون معادل تشخیص منسجم یک سیگنال 2-PSK است که 3 دسی بل کمتر از سیگنال 4-PSK است، مشروط بر اینکه سیگنال ورودی 4-PSK به طور منسجم توسط یک جفت سیگنال شناسایی شود. حامل های مرجع که متعامد به یکدیگر هستند و با توجه به فازهای سیگنال ورودی 45 درجه جابجا شده اند.

سپس احتمال خطای بیت برای سیگنال 4-PSK است

اینجا E sنماد انرژی سیگنال PM در ورودی فیلتر گیرنده است.

از آنجایی که نماد سیگنال 4-PSK، بر خلاف نماد سیگنال 2-PSK، از 2 بیت تشکیل شده است، پس E s= Ebبرای یک سیگنال 2-PSK، و E s = 2E ببرای سیگنال 4 بعد از ظهر بنابراین، فرمول های (23) و (25) از نظر عددی با یکدیگر برابر هستند و احتمال خطای بیت برای دریافت منسجم یک سیگنال 4-PSK تابعی از E b /N 0،در مورد سیگنال منسجم 2-PSK. بنابراین، مدولاسیون 4-PSK (QPSK) بهترین سازش قدرت به پهنای باند را فراهم می کند. علاوه بر این، سیگنال های PM در معرض اعوجاج کم زمانی که کانال به شدت غیر خطی است. این انتخاب ترجیحی سیگنال ها با مدولاسیون PM را برای سیستم های ارتباطی ماهواره ای از پیش تعیین می کند.

مشخصه احتمال خطای بیت پلی اتیلنبسته به رابطه E b /N 0برای تشخیص منسجم سیگنال QPSK 2-PSK یا 4-PSK در شکل نشان داده شده است. چهارده.

ب) مدولاسیون کواداتوری

احتمال خطا در نماد کانال برای مدولاسیون دامنه مربعی چند موقعیتی M-QAM در حالت کلی:

پس از جایگزینی (27) به (26)، می توانیم منحنی های مربوطه را بسازیم پلی اتیلنبسته به C/N،نشان داده شده در شکل 16.

در سیستم هایی با کدگذاری تصحیح کننده خطا، لازم است کاهش انرژی ناشی از ورود نمادهای برابری به جریان گروهی در نظر گرفته شود.

سپس فرمول (P2V.50) به نظر می رسد

(28)

جایی که آر- نرخ کد

ج) ارزیابی ایمنی و کارایی سیستم های پخش تلویزیون دیجیتال

در گزارش های آزمایشی منتشر شده سیستم های مختلفتلویزیون دیجیتال، که مصونیت نویز را مشخص می کند، مقادیر احتمال خطا را با هم یا جداگانه ارائه می دهد پلی اتیلنو روابط Eb /N 0 , C/N.با در نظر گرفتن برنامه روش های مختلفدرهم آمیختن جریان های دیجیتال و کدگذاری تصحیح کننده خطای آنها، اغلب انجام یک تحلیل مقایسه ای کاملاً دقیق از روش های انتقال استفاده شده دشوار است، اما ارزیابی نسبتاً واقعی آنها کاملاً ممکن است. بیشترین قطعیت توسط منحنی های احتمال خطا از نسبت داده می شود E b /N 0،اما شما همچنین می توانید نسبت را دوباره محاسبه کنید C/Nکه در E b /N 0با تعیین بعدی مقادیر مربوط به احتمال خطا از منحنی هایی مشابه آنچه در شکل های نشان داده شده است. 15 و 16 (با در نظر گرفتن افزایش انرژی قابل دستیابی به دلیل سیستم حفاظت از خطا).

هنگام ارزیابی بازده طیفی سیستم ها پخش دیجیتالبا یک حامل، اما اساسا انواع متفاوتمدولاسیون هایی مانند M-QAM و 8-VSB باید در نظر گرفت که بازده یکسانی در این سیستم ها به دلیل اصول فیزیکی متفاوت به دست می آید. در سیستم های M-QAM، پهنای باند کانال به طور کامل با ارسال یک سیگنال دو بعدی یا دو حامل متعامد با فرکانس اسمی یکسان اما فازهای متفاوت استفاده می شود. در سیستم های دارای VSB، یک سیگنال یک بعدی ارسال می شود، اما تنها با یک باند جانبی. محاسبات نظری نشان می‌دهد که با بازده طیفی یکسان و احتمال خطای بیتی برابر با 10-3، نسبت سیگنال به نویز مورد نیاز در هر دو سیستم بیش از 0.02 دسی‌بل متفاوت نیست. برخی از مقادیر محاسبه شده در جدول آورده شده است. 4.

داده های جدول 4 آن را نشان می دهد مدولاسیون مربعی M-QAM کمی انعطاف پذیرتر از VSB است زیرا اجازه می دهد تا داده ها با تعداد فرد بیت/هرتز منتقل شوند.

تا اینجا انواع مدولاسیون دیجیتال را در نظر گرفتیم که در هنگام انتقال یک نماد، یک بیت اطلاعات را منتقل می کردند. اکنون یک پارامتر دیگر را معرفی می کنیم که به آن نرخ نماد می گوییم. اگر یک نماد یک بیت اطلاعات را رمزگذاری کند، سرعت انتقال اطلاعات همیشه با نرخ نماد فرستنده منطبق است. اما اگر 2 بیت اطلاعات را به طور همزمان با یک نماد ارسال کنیم، نرخ نماد فرستنده برابر است با . در این مورد، اغلب این سوال مطرح می شود که چگونه می توان دو پالس را همزمان با یک پالس رمزگذاری کرد؟ در زیر به این سوال پاسخ خواهیم داد و کلید شیفت فاز مربعی (QPSK) را در نظر خواهیم گرفت. این مقاله خواهد شد تعداد زیادی ازمطالب توضیحی لازم برای درک اصل QPSK.

رمزگذاری یک کاراکتر از دو بیت اطلاعات ارسالی

مدولاسیون QPSK بر اساس کدگذاری دو بیتی ساخته شده است اطلاعات منتقل شدهیک شخصیت در این حالت نرخ نماد دو برابر کمتر از نرخ انتقال اطلاعات است. برای درک اینکه چگونه یک کاراکتر همزمان دو بیت را کد می کند، شکل 1 را در نظر بگیرید.

شکل 1: نمودار برداری سیگنال های BPSK و QPSK

شکل 1 نمودارهای برداری سیگنال های BPSK و QPSK را نشان می دهد. سیگنال BPSK قبلاً مورد بحث قرار گرفتو گفتیم که یک نماد BPSK یک بیت اطلاعات را رمزگذاری می کند، در حالی که در نمودار برداری BPSK فقط دو نقطه در محور درون فاز وجود دارد که مربوط به صفر و یکی از اطلاعات ارسال شده است. کانال مربعات در مورد BPSK همیشه است صفر. نقاط روی نمودار برداری یک صورت فلکی را تشکیل می دهند کلید زدن فاز. برای رمزگذاری دو بیت اطلاعات با یک نماد، لازم است که صورت فلکی از چهار نقطه تشکیل شده باشد، همانطور که در نمودار برداری QPSK در شکل 1 نشان داده شده است. سپس تمام نقاط صورت فلکی و و غیر صفر هستند. روی دایره واحد قرار دارند. سپس رمزگذاری را می توان به صورت زیر انجام داد: جریان بیت را به بیت های زوج و فرد تقسیم کنید، سپس بیت های زوج و فرد را رمزگذاری می کند. دو بیت متوالی اطلاعات به طور همزمان توسط سیگنال های درون فازی و مربعی کدگذاری می شوند. این به وضوح در اسیلوگرام های نشان داده شده در شکل برای جریان اطلاعات "1100101101100001" نشان داده شده است.

شکل 2: اجزای درون فازی و مربعی سیگنال QPSK

نمودار بالایی جریان ورودی را به جفت بیت های مربوط به یک نقطه از صورت فلکی QPSK که در شکل 1 نشان داده شده است تقسیم می کند. نمودار دوم شکل موج مربوط به اطلاعات ارسالی را نشان می دهد. اگر بیت زوج 1 باشد (توجه داشته باشید که بیت ها از صفر شماره گذاری می شوند نه از یک، بنابراین اولین بیت در صف شماره 0 است، به این معنی که به ترتیب زوج است) و اگر بیت زوج 0 باشد (یعنی ) . به طور مشابه، یک کانال مربعی ساخته می شود، اما فقط برای بیت های فرد. مدت زمان یک نماد دو برابر مدت زمان یک بیت از اطلاعات اصلی است. دستگاهی که چنین کدگذاری را انجام می دهد و مطابق صورت فلکی QPSK به طور معمول در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3: رمزگذار I/Q صورت فلکی QPSK

بسته به جفت بیت در ورودی، در خروجی سیگنال های ثابت و در طول مدت این جفت بیت به دست می آوریم که مقدار آنها به اطلاعات ارسالی بستگی دارد.

بلوک دیاگرام یک مدولاتور QPSK

بلوک دیاگرام یک مدولاتور مبتنی بر QPSK در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4: بلوک دیاگرام یک مدولاتور QPSK

سیگنال به نظر می رسد:

(1)

اجزای درون فاز و چهارچوب چیزی جز بخش های واقعی و خیالی سیگنال QPSK نیستند که سیگنال های ورودی مدولاتور مربع هستند. سپس می توان آن را برحسب پوشش پیچیده اش نشان داد:

توجه به این نکته ضروری است که کانکس باید با در نظر گرفتن یک چهارم صفحه مختلط محاسبه شود (تابع قوس 2). پوشش فاز برای جریان اطلاعات "1100101101100001" در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5: پوشش فاز یک سیگنال QPSK

پوشش فاز یک تابع مرحله ای از زمان است که در تغییرات نماد QPSK دچار ناپیوستگی می شود (به یاد بیاورید که یک نماد QPSK دو بیت اطلاعات را حمل می کند). در عین حال، در داخل یک نماد، نمودار برداری QPSK مانند شکل زیر همیشه در یک نقطه از صورت فلکی قرار دارد و هنگام تغییر نماد، به نقطه مربوط به نماد بعدی می پرد. از آنجایی که QPSK فقط چهار نقطه در صورت فلکی دارد، پوشش فاز می تواند تنها چهار مقدار داشته باشد: و.

پوشش دامنه سیگنال QPSK را نیز می توان از پوشش پیچیده بدست آورد:

(4)

توجه داشته باشید که پوشش دامنه سیگنال QPSK در همه جا برابر است با وحدت، به جز لحظات تغییر نمادهای ارسالی، یعنی در لحظه های پرش فاز و انتقال به نقطه صورت فلکی بعدی.

نمونه ای از شکل موج سیگنال QPSK با جریان بیت ورودی "1100101101100001" با نرخ انتقال اطلاعات و فرکانس حامل 20 کیلوهرتز در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6: اسیلوگرام سیگنال QPSK

توجه داشته باشید که فاز موج حامل می تواند چهار مقدار داشته باشد: و رادیان. در این حالت، فاز نماد بعدی نسبت به نماد قبلی ممکن است تغییر نکند یا با یا رادیان تغییر کند. همچنین توجه می کنیم که در نرخ انتقال اطلاعات، نرخ نماد و مدت زمان یک نماد داریم که به وضوح در اسیلوگرام قابل مشاهده است (پرش فاز پس از 0.2 میلی ثانیه رخ می دهد).

شکل 7 طیف BPSK و طیف QPSK را نشان می دهد سیگنال ها در فرکانس حامل 100 کیلوهرتز. می توان دید که پهنای لوب اصلی و همچنین لوب های جانبی سیگنال QPSK با سرعت داده یکسان نصف سیگنال BPSK است. این به این دلیل است که نرخ نماد سیگنال QPSK نصف نرخ اطلاعات است، در حالی که نرخ نماد BPSK برابر با نرخ اطلاعات است. سطوح جانبی QPSK و BPSK برابر است.

شکل دادن به طیف سیگنال QPSK با استفاده از فیلترهای Nyquist

قبلاً موضوع محدود کردن پهنای باند سیگنال هنگام استفاده را در نظر گرفتیم شکل دادن به فیلترهای Nyquist با پاسخ فرکانس کسینوس افزایش یافته. فیلترهای شکل‌دهی این امکان را فراهم می‌آورند که از انتقال سیگنال BPSK با نرخ 1 بیت بر ثانیه در هر 1 هرتز از پهنای باند سیگنال اطمینان حاصل شود، در حالی که تداخل بین نمادی را حذف می‌کند. سمت دریافت کننده. با این حال ، چنین فیلترهایی غیرقابل تحقق هستند ، بنابراین در عمل از فیلترهای شکل دهنده استفاده می شود که 0.5 بیت در ثانیه در هر 1 هرتز از پهنای باند سیگنال را ارائه می دهند. در مورد QPSK، نرخ اطلاعات دو برابر نرخ نماد است، سپس استفاده از فیلترهای شکل‌دهی به ما این توانایی را می‌دهد که 0.5 نماد در ثانیه به ازای هر 1 هرتز پهنای باند یا 1 بیت در ثانیه اطلاعات دیجیتال به ازای هر 1 هرتز از پهنای باند را هنگام استفاده ارسال کنیم. یک فیلتر کسینوس برجسته گفتیم که پاسخ ضربه ای فیلتر شکل دهنده Nyquist بستگی به پارامتر دارد که به شکل زیر است:

(5)

شکل 8 طیف و هنگام استفاده از فیلترهای شکل دهنده Nyquist را با پارامتر نشان می دهد.

شکل 8 طیف سیگنال QPSK را به رنگ مشکی بدون استفاده از فیلتر شکل دهی نشان می دهد. مشاهده می شود که استفاده از فیلتر Nyquist باعث می شود که لوب های جانبی به طور کامل هم در طیف BPSK و هم در طیف سیگنال QPSK سرکوب شوند. بلوک دیاگرام مدولاتور QPSK هنگام استفاده از فیلتر شکل دهی در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9: بلوک دیاگرام یک مدولاتور QPSK با استفاده از یک فیلتر شکل دهی

نمودارهایی که عملکرد مدولاتور QPSK را توضیح می دهند در شکل 10 نشان داده شده است.

شکل 10: نمودارهای توضیحی

اطلاعات دیجیتال با سرعتی می رسد و به نماد تبدیل می شود و مطابق با صورت فلکی QPSK مدت زمان یک نماد ارسالی برابر است با . مولد ساعت، دنباله ای از پالس های دلتا را با پریود، اما به مرکز پالس و، همانطور که در نمودار چهارم نشان داده شده است، تولید می کند. پالس‌های مولد ساعت دریچه‌ای هستند و با استفاده از کلیدها، نمونه‌هایی را به‌دست می‌آوریم و در دو نمودار پایین نشان داده می‌شوند، که درون‌یابی فیلتر شکل را با یک پاسخ ضربه‌ای تحریک می‌کند و در خروجی، اجزای درون فاز و چهارچوب پوشش پیچیده را داریم. که به مدولاتور ربع جهانی تغذیه می شوند. در خروجی مدولاتور، یک سیگنال QPSK با سرکوب لوب های جانبی طیف به دست می آوریم.

توجه داشته باشید که مولفه های داخل فاز و تربیع تبدیل می شوند توابع پیوستهدر نتیجه، بردار پوشش مختلط QPSK دیگر در نقاط صورت فلکی نیست و در حین تغییر نماد می پرد، اما به طور مداوم در صفحه مختلط همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است، هنگام استفاده از فیلتر کسینوس برجسته با پارامترهای مختلف، حرکت می کند.

که به وضوح با شکل موج سیگنال QPSK نشان داده شده در شکل 12 نشان داده شده است. شکل 12: اسیلوگرام سیگنال QPSK با استفاده از فیلتر شکل دهی Nyquist نتیجه گیری در این مقاله، مفهوم جدیدی را معرفی کردیم - نرخ نماد انتقال اطلاعات، در نظر گرفتیم که چگونه می توان دو بیت از اطلاعات ارسالی را با یک نماد در هنگام استفاده از مدولاسیون QPSK رمزگذاری کرد. صورت فلکی سیگنال QPSK در نظر گرفته شد و طرح ساختاریمدولاتور QPSK ما همچنین طیف سیگنال QPSK و نحوه باریک شدن آن را با استفاده از فیلتر شکل‌دهی Nyquist (کسینوس برجسته) تحلیل کردیم. مشخص شد که روشن کردن فیلتر شکل دهی منجر به حرکت مداوم بردار پوشش پیچیده سیگنال QPSK در امتداد صفحه پیچیده می شود که در نتیجه سیگنال یک پوشش دامنه به دست می آورد. در مقاله بعدی، ما به آشنایی با QPSK ادامه خواهیم داد، به ویژه، انواع آن را در نظر خواهیم گرفت: Offset QPSK و pi / 4 QPSK.