Fázové klíčování

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 31. července 2018; kontroly vyžadují 9 úprav .

Klíčování fázovým posunem (PSK) je jedním z typů fázové modulace , při kterém se fáze nosné vlny náhle mění v závislosti na informační zprávě.

Popis

Klíčový signál fázového posunu má následující tvar:

s_{m}(t)=g(t)\cos[2\pi f_{c}t+\varphi _{m}(t)],

kde definuje obálku signálu; je modulační signál. může nabývat diskrétních hodnot. - nosná frekvence ; - čas. $g(t)$ $\varphi _{m}(t)$ $\varphi _{m}(t)$ $M$ $f_{c}$ $t$

If , pak se klíčování fázovým posuvem nazývá binární klíčování fázovým posuvem (BPSK, B-Binary - 1 bit na 1 změnu fáze), if - klíčování kvadraturním fázovým posuvem (QPSK, Q-Quadro - 2 bity na 1 změnu fáze), (8 -PSK - 3 bity na 1 změnu fáze) atd. Počet bitů přenesených jedním fázovým skokem je tedy výkon, na který se zvýší dva při určování počtu fází potřebných k přenosu -ordinálního binárního čísla. $M=2$ $M=4$ $M=8$ $n$ $n$

Fázově posunutý klíčovaný signál lze považovat za lineární kombinaci dvou ortonormálních signálů a [1] : $sedět)$ $y_1$ $y_2$

S_{m}(t)=S_{1}Y_{1}+S_{2}Y_{2},

kde

Y_{1}(t)={\sqrt {{\frac {2}{E_{g))))}S_{1}(t)\cos[2\pi f_{c}t],

Y_{2}(t)=-{\sqrt {{\frac {2}{E_{g))))}S_{2}(t)\sin[2\pi f_{c}t].

Signál lze tedy považovat za dvourozměrný vektor se souřadnicemi . Pokud jsou hodnoty vyneseny podél vodorovné osy a hodnoty podél svislé osy, pak body se souřadnicemi a budou tvořit prostorové diagramy zobrazené na obrázcích. $S_{m}(t)$ $[S_{1}(m,\;M);\;\;S_{2}(m,\;M)]$ $S_{1}(m,\;M)$ $S_{2}(m,\;M)$ $S_{1}(m,\;M)$ $S_{2}(m,\;M)$

Binární klíčování fázovým posunem (BPSK)
Kvadraturní klíčování fázovým posunem (QPSK)
Osmičkové klíčování s fázovým posunem (8-PSK)

Binární klíčování fázovým posuvem

Binární klíčování s fázovým posunem ( BPSK ) je nejjednodušší formou klíčování s fázovým posunem . Činností binárního obvodu PSK je posunutí fáze nosné vlny o jednu ze dvou hodnot, nulu nebo (180°). Binární klíčování fázovým posuvem lze také považovat za speciální případ klíčování s kvadraturním posuvem (QAM-2). $\pi$

Koherentní detekce

Tato modulace je nejodolnější vůči šumu ze všech typů PSK, to znamená, že při použití binárního PSK je pravděpodobnost chyby při příjmu dat nejmenší (bezprostředně po kódu Manchester-2). Každý symbol však nese pouze 1 bit informace, což vede k nejnižší rychlosti přenosu informací v této modulační metodě .

Pravděpodobnost bitové chyby ( BER — Bit Error Rate ) pro binární PSK v kanálu s aditivním bílým Gaussovým šumem (AWGN) lze vypočítat podle vzorce:

P_{b}=Q\left({\sqrt {{\frac {2E_{b}}{N_{0}}}}\right),

kde

Q(x)={\frac {1}{{\sqrt {2\pi ))))\int \limits _{x}^{\infty }e^{{-{\frac {t^{2} }{2}}}}\,dt.

Protože je 1 bit na symbol, pravděpodobnost chyby na symbol se vypočítá pomocí stejného vzorce.

V přítomnosti libovolné změny fáze zavedené komunikačním kanálem není demodulátor schopen určit, který bod konstelace odpovídá 1 s a 0 s. V důsledku toho jsou data před modulací často diferenciálně kódována.

Nekoherentní detekce

V případě nekoherentní detekce se používá diferenciální binární klíčování fázovým posuvem.

Implementace

Binární data jsou často přenášena s následujícími signály:

s_{0}(t)={\sqrt {{\frac {2E_{b}}{T_{b}}}}}\cos(2\pi f_{c}t)

pro binární "0";

s_{1}(t)={\sqrt {{\frac {2E_{b}}{T_{b}}}}}\cos(2\pi f_{c}t+\pi )=-{\sqrt { {\frac {2E_{b}}{T_{b}}}}}\cos(2\pi f_{c}t)

pro binární "1",

kde je frekvence nosné vlny. $f_{c}$

Kvadraturní klíčování fázovým posuvem

Kvadraturní klíčování fázovým posunem ( QPSK — kvadraturní klíčování fázovým posunem nebo 4-PSK) používá konstelaci čtyř bodů umístěných ve stejných vzdálenostech na kruhu. Při použití 4 fází má QPSK dva bity na symbol, jak je znázorněno na obrázku. Analýza ukazuje, že rychlost lze zdvojnásobit oproti BPSK se stejnou šířkou pásma signálu, nebo umožňuje ponechat rychlost stejnou, ale snížit šířku pásma na polovinu.

Ačkoli QPSK lze považovat za kvadraturní klíčování (QAM-4), je někdy snazší si jej představit jako dvě nezávislé modulované nosné posunuté o 90°. S tímto přístupem se sudé (liché) bity používají k modulaci soufázové složky a liché (sudé) bity se používají k modulaci kvadraturní složky nosné . Vzhledem k tomu, že BPSK se používá pro obě složky nosiče, lze je demodulovat nezávisle. $já$ $Q$

Koherentní detekce

Při koherentní detekci je pravděpodobnost bitové chyby pro QPSK stejná jako pro BPSK:

P_{b}=Q\left({\sqrt {{\frac {2E_{b}}{N_{0}}}}\vpravo).

Protože jsou však v symbolu dva bity, hodnota chyby symbolu se zvyšuje:

P_{s}=1-(1-P_{b})^{2}=2Q\left({\sqrt ({\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right)- Q^{2}\left({\sqrt {{\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right).

S vysokým odstupem signálu od šumu (to je nutné pro skutečné systémy QPSK) lze pravděpodobnost chyby symbolu odhadnout přibližně podle následujícího vzorce:

P_{s}\cca 2Q\left({\sqrt {{\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\vpravo).

Nekoherentní detekce

Stejně jako u BPSK je zde problém s nejistotou počáteční fáze u přijímače. Proto se při nekoherentní detekci v praxi častěji používá QPSK s diferenciálním kódováním.

Rozdíl mezi QPSK a prvními typy modulace ( AMn , FSK ) je v tom, že hustota přenášené informace z hlediska frekvenční šířky kanálu (na symbol, na hertz ) je vyšší než jedna.

Například v AMn je hustota mnohem menší než jedna (0,1-0,001 bit / Hz ) - to je způsobeno potřebou akumulovat energii ve filtrech v prvních přijímačích s nízkou citlivostí. Ve FSK se tento indikátor blíží jednotce (0,1-1) bit/symbol (bit/ Hz ). Například v GMSK používaném v GSM je hustota informace 1.

Tento typ modulace se používá například v celulárním standardu CDMA2000 1X EV-DO .

π/4-QPSK

Zde jsou dvě samostatné konstelace používající Grayovo kódování, které jsou vůči sobě otočené o 45°. Obvykle se k určení bodů příslušné konstelace používají sudé a liché bity. To snižuje maximální fázový skok ze 180° na 135°.

Na druhé straně má použití π/4-QPSK za následek jednoduchou demodulaci, a proto se používá v celulárních komunikačních systémech s časovým dělením.

FSK vyšších řádů

FSK s objednávkou větším než 8 se používá zřídka. Hlavním inhibičním faktorem při dalším zvyšování informační kapacity jednoho signálového balíčku je snížení imunity proti šumu signálu. Pokud se fázová vzdálenost mezi sousedními symboly zmenší, pak může být chyba vytvořena méně silným rušením.

Diferenciál PSK

Při implementaci PSK může nastat problém rotace konstelací např. při kontinuálním přenosu bez synchronizace. K vyřešení takového problému lze použít kódování založené ne na poloze fáze, ale na její změně.

Konkrétně u DBPSK se fáze změní o 180° pro přenos "1" a zůstane nezměněna pro přenos "0".

Viz také

Poznámky

↑ Prokis J. Digitální komunikace. — Per. z angličtiny. // Ed. D. D. Klovský. - M .: Rádio a komunikace, 2000. - 800 s. - strana 151.

Literatura

Prokis, J. Digital communications = Digital Communications / Klovsky D. D. - M . : Radio and communication, 2000. - 800 s. — ISBN 5-256-01434-X .
Sklyar, Bernard. Digitální komunikace. Teoretické základy a praktická aplikace = Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2. vyd. - M .: "Williams" , 2007. - S. 1104. - ISBN 0-13-084788-7 .
Feer K. Bezdrátová digitální komunikace. Metody modulace a rozprostřeného spektra = Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications. - M . : Rádio a komunikace, 2000. - 552 s. — ISBN 5-256-01444-7 .

Odkazy

amatérské rádio

Aktivita

radiosport

Disciplíny	Všestranný MR-2 Všestranný MP-3 Všestranný MP-4 Rádiová komunikace na KV Rádiová komunikace na VKV SRT
Mistři sportu	SSSR HMS Rusko HMS MSMK Ukrajina HMS

Předpisy

Organizace

Komunikační režimy

Telefon	DOPOLEDNE DSB-SC SSB FM ODPOLEDNE
televize	SSTV
Data / telegraf	AMPRNet APRS AX.25 CW D-STAR FRN FSK MFSK OFDM PAKTOR Winmor PSK PSK31 PSKmail DRÁTY Rozprostřené spektrum echolink

Technika

kultura

Literatura	brožury Pomoc pro radioamatéra Časopisy QST Rádio knihy Hromadná rozhlasová knihovna Mladý radioamatér
Filmy	Pokud chlapci světa... Nad námi je Jižní kříž