Թվային փուլի մոդուլյացիա `BPSK, QPSK, DQPSK

Ռադիոհաճախականության մոդուլյացիա
Թվային փուլի մոդուլյացիան թվային տվյալների անլար փոխանցման բազմակողմանի և լայնորեն կիրառվող մեթոդ է:

Նախորդ էջում մենք տեսանք, որ մենք կարող ենք օգտագործել դիսկրետ տատանումները փոխադրողի ամպլիտուդում կամ հաճախականության մեջ ՝ որպես դրանց և զրոների ներկայացման միջոց: Զարմանալի չէ, որ մենք կարող ենք նաև թվային տվյալներ ներկայացնել ՝ օգտագործելով փուլը. այս տեխնիկան կոչվում է փուլային հերթափոխման ստեղնաշար (PSK):

Երկուական փուլի հերթափոխի ստեղնավորում
PSK- ի առավել պարզ տիպը կոչվում է երկուական փուլային հերթափոխի ստեղնավորում (BPSK), որտեղ «երկուական» -ը վերաբերում է երկու փուլային փոխհատուցումների օգտագործմանը (մեկը տրամաբանության համար բարձր է, մեկը ՝ տրամաբանության համար ցածր):

Մենք կարող ենք ինտուիտիվորեն գիտակցել, որ համակարգը կլինի ավելի կայուն, եթե այս երկու փուլերի միջև ավելի մեծ տարանջատում տեղի ունենա. Իհարկե, ստացողի համար դժվար կլիներ տարբերակել խորհրդանիշը 90 ° փուլային օֆսեթից և ֆազային օֆսեթ ունեցող խորհրդանիշից 91 °: 

Մեզ մնում է միայն աշխատել 360 ° փուլով, ուստի տրամաբանության բարձր և տրամաբանական ցածր փուլերի միջև առավելագույն տարբերությունը 180 ° է: Բայց մենք գիտենք, որ սինուսոդը 180 ° -ով տեղափոխելը նույնն է, ինչ դա հակադարձելը. Այսպիսով, մենք կարող ենք BPSK- ի մասին մտածել, ինչպես պարզապես փոխարկելով փոխադրողը ՝ ի պատասխան մեկ տրամաբանական պետության, և թողնելով այն մենակ ՝ ի պատասխան մյուս տրամաբանական պետության:

Սա ևս մի քայլ կատարելու համար մենք գիտենք, որ սինուսոդը բացասականով բազմապատկելը նույնն է, որքանով դա հակադարձելը: Սա հանգեցնում է BPSK- ի իրականացման հնարավորության ՝ օգտագործելով հետևյալ հիմնական ապարատային կազմաձևերը.

Այնուամենայնիվ, այս սխեման հեշտությամբ կարող է հանգեցնել փոխադրման ալիքի ձևի բարձր լանջին անցումների. Եթե տրամաբանական պետությունների միջև անցումը տեղի է ունենում, երբ փոխադրողը գտնվում է իր առավելագույն արժեքի վրա, փոխադրողի լարումը ստիպված է արագորեն շարժվել դեպի նվազագույն լարման:




Նման բարձր մակարդակի իրադարձությունները անցանկալի են, քանի որ դրանք առաջացնում են ավելի բարձր հաճախականության էներգիա, որը կարող է խանգարել այլ ՌԴ ազդանշանների: Բացի այդ, ուժեղացուցիչներն ունեն սահմանափակ հնարավորություն ՝ ելքային լարման բարձր լանջի փոփոխություններ կատարելու համար:

Եթե ​​վերոնշյալ իրականացումը բարելավենք երկու լրացուցիչ հատկություններով, ապա կարող ենք ապահովել սահուն անցումներ խորհրդանիշների միջև: Նախ, մենք պետք է ապահովենք, որ թվային բիտերի ժամանակահատվածը հավասար է մեկ կամ մի քանի ամբողջական կրիչի ցիկլերի: 

Երկրորդ, մենք պետք է համաժամեցենք թվային անցումները կրիչի ալիքի ձևի հետ: Այս բարելավումներով մենք կարող էինք համակարգը այնպես նախագծել, որ 180 ° փուլային փոփոխությունը տեղի ունենա, երբ կրիչի ազդանշանը գտնվում է (կամ շատ մոտ) զրոյական անցման վրա:

 

QPSK
BPSK- ն մեկ խորհրդանիշ է փոխանցում մեկ բիթը, ինչը այն է, ինչին մենք սովոր ենք մինչ այժմ: Այն ամենը, ինչ մենք քննարկեցինք թվային մոդուլյացիայի հետ կապված, ենթադրել է, որ կրիչի ազդանշանը ձևափոխված է ըստ այն բանի, թե թվային լարման տրամաբանությունը ցածր է, թե տրամաբանությունը բարձր է, և ստացողը կառուցում է թվային տվյալներ ՝ յուրաքանչյուր խորհրդանիշ մեկնաբանելով որպես 0 կամ 1:

Նախքան քննարկենք քառանկյունի փուլային հերթափոխի բանալին (QPSK), մենք պետք է ներկայացնենք հետևյալ կարևոր հայեցակարգը. Պատճառ չկա, որ մեկ խորհրդանիշ կարող է փոխանցել միայն մեկ բիտ: Իշտ է, որ թվային էլեկտրոնիկայի աշխարհը կառուցված է միկրոսխեմաների շուրջ, որի մեջ լարման մի ծայրահեղության կամ մյուսի մեջ է, այնպես, որ լարումը միշտ ներկայացնում է մեկ թվային բիթ: 

Բայց ՌԴ-ն թվային չէ. ավելի շուտ, մենք օգտագործում ենք անալոգային ալիքի ձևեր ՝ թվային տվյալները փոխանցելու համար, և միանգամայն ընդունելի է համակարգ մշակել, որի դեպքում անալոգային ալիքաձևերը կոդավորված են և մեկնաբանվում են այնպես, որ մեկ խորհրդանիշը թույլ տա ներկայացնել երկու (կամ ավելի) բիթ:

QPSK- ը մոդուլյացիայի սխեմա է, որը թույլ է տալիս մեկ խորհրդանիշ փոխանցել տվյալների երկու բիթ: Գոյություն ունեն չորս հնարավոր երկբիթանոց համարներ (00, 01, 10, 11), և, հետևաբար, մեզ անհրաժեշտ են չորս փուլային օֆսեթներ: Կրկին մենք ցանկանում ենք առավելագույն տարանջատում փուլային տարբերակների միջև, ինչը այս դեպքում 90 ° է:

Առավելությունն տվյալների ավելի բարձր ցուցանիշն է. Եթե պահպանենք նույն խորհրդանշական ժամանակահատվածը, մենք կարող ենք կրկնապատկել այն տեմպը, որով տվյալները փոխանցվում են հաղորդիչից ստացողին: Դրական տեղաշարժը համակարգի բարդությունն է: (Կարող եք մտածել, որ QPSK- ը նույնպես զգալիորեն ավելի ենթակա է բիթի սխալների, քան BPSK- ն, քանի որ հավանական փուլային արժեքների միջև ավելի քիչ բաժանում կա: Սա ողջամիտ ենթադրություն է, բայց եթե մաթեմատիկայի անցնեք, ստացվում է, որ սխալի հավանականությունները իրականում են շատ նման է)

տարբերակներ
Ընդհանուր առմամբ, QPSK- ն արդյունավետ մոդուլյացիայի սխեման է: Բայց դա կարող է բարելավվել:

Փուլային ցատկում
Ստանդարտ QPSK- ն երաշխավորում է, որ տեղի կունենան բարձր լանջի խորհրդանիշից խորհրդանիշ անցում; քանի որ փուլային թռիչքները կարող են լինել ° 90 °, մենք չենք կարող օգտագործել BPSK մոդուլյացիայի միջոցով արտադրված 180 ° փուլային ցատկում նկարագրված մոտեցումը:

Այս խնդիրը կարելի է մեղմել QPSK- ի երկու տարբերակներից մեկը օգտագործելով: Օֆսեթ QPSK- ը, որը ներառում է մոդուլյացիայի գործընթացում օգտագործված թվային տվյալների երկու հոսանքներից մեկին ձգձգում ավելացնելը, նվազեցնում է առավելագույն փուլային ցատկումը մինչև 90 °: Մեկ այլ տարբերակ π / 4-QPSK- ն է, որը նվազեցնում է առավելագույն փուլային ցատկումը մինչև 135 °: Օֆսեթ QPSK- ն այդպիսով գերազանցում է փուլային անջատումները նվազեցնելու առումով, բայց π / 4-QPSK- ն ձեռնտու է, քանի որ այն համատեղելի է դիֆերենցիալ կոդավորման հետ (քննարկվում է հաջորդ ենթաբաժնում):

Խորհրդանիշ-խորհրդանիշ անջատումների հետ գործ ունենալու ևս մեկ տարբերակ `ազդանշանի լրացուցիչ մշակման իրականացումն է, որը ստեղծում է ավելի սահուն անցումներ խորհրդանիշների միջև: Այս մոտեցումը ներառված է մոդուլյացիայի սխեմայի մեջ, որը կոչվում է հերթափոխի նվազագույն բանալին (MSK), և կա նաև կատարելագործում MSK- ում, որը հայտնի է որպես Gaussian MSK:

Դիֆերենցիալ կոդավորում
Մեկ այլ դժվարություն այն է, որ PSK- ի ալիքային ձևերի հետ վերացումն ավելի դժվար է, քան FSK- ի ալիքների հետ: 

Հաճախականությունը «բացարձակ» է այն իմաստով, որ հաճախականության փոփոխությունները միշտ կարելի է մեկնաբանել `ժամանակի հետ կապված ազդանշանային տատանումները վերլուծելով: Այնուամենայնիվ, փուլը հարաբերական է այն իմաստով, որ այն չունի համընդհանուր տեղեկանք. Հաղորդիչը առաջացնում է փուլային տատանումներ `կապված ժամանակի որոշակի կետի հետ, և ստացողը կարող է մեկնաբանել փուլային տատանումները` հաշվի առնելով ժամանակի առանձին կետը:

Դրա գործնական դրսևորումը հետևյալն է. Եթե մոդուլյացիայի և դեզոդուլացման համար օգտագործվող օվուլյատորների փուլի (կամ հաճախության) միջև կան տարբերություններ, PSK- ն դառնում է ոչ հուսալի: Եվ մենք պետք է ենթադրենք, որ կլինեն փուլային տարբերություններ (եթե ստացողը ներառի կրիչի վերականգնման միացում):

Դիֆերենցիալ QPSK- ը (DQPSK) մի տարբերակ է, որը համատեղելի է ոչ համակարգված ստացողների հետ (այսինքն ՝ ստացողներ, որոնք չեն համաժամեցնում դեմոդուլյացիայի օվկիլատորը մոդուլյացիայի տատանման հետ): 

Դիֆերենցիալ QPSK- ը կոդավորում է տվյալները `առաջ բերելով որոշակի փուլային հերթափոխ` համեմատած նախորդ խորհրդանիշի հետ: Այս եղանակով օգտագործելով նախորդ խորհրդանիշի փուլը `դեզոդուլացման սխեման վերլուծում է խորհրդանիշի փուլը` օգտագործելով տեղեկանք, որը սովորական է ստացողի և հաղորդիչի համար:

Ամփոփում
* Երկուական փուլի հերթափոխի ստեղնաշարն ուղիղ մոդուլյացիայի սխեմա է, որը կարող է փոխանցել մեկ բիտ մեկ խորհրդանիշ:

* Քառապատկերի փուլային հերթափոխի ստեղնավորումը ավելի բարդ է, բայց կրկնապատկում է տվյալների արագությունը (կամ հասնում է նույն տվյալների արագությանը ՝ թողունակության կեսով):

* Օֆսեթ QPSK- ը, π / 4-QPSK- ը և հերթափոխի նվազագույն ստեղնը մոդուլյացիայի սխեմաներ են, որոնք մեղմացնում են բարձր լանջի խորհրդանիշ-խորհրդանիշ լարման փոփոխությունների հետևանքները:

* Դիֆերենցիալ QPSK- ն օգտագործում է հարակից խորհրդանիշների միջև փուլային տարբերությունը `հաղորդիչի և ստացողի միջև փուլային համաժամացման բացակայության հետ կապված խնդիրներից խուսափելու համար:

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ