Module ng Digital Phase: BPSK, QPSK, DQPSK

Module ng Dalas ng Radyo
Ang modulasyon ng digital phase ay maraming nagagawa at malawakang ginagamit na pamamaraan ng wireless na paglilipat ng digital data.

Sa nakaraang pahina, nakita namin na maaari naming gamitin ang mga pagkakaiba-iba ng discrete sa kalakasan o dalas ng isang carrier bilang isang paraan ng kumakatawan sa mga bago at zero. Hindi ito dapat na sorpresa na maaari rin tayong kumatawan sa digital data gamit ang phase; ang diskarteng ito ay tinatawag na phase shift keying (PSK).

Binary Phase Shift Keying
Ang pinaka diretso na uri ng PSK ay tinatawag na binary phase shift keying (BPSK), kung saan ang "binary" ay tumutukoy sa paggamit ng dalawang phase offset (isa para sa mataas na lohika, isa para sa logic low).

Madali nating makilala na ang sistema ay magiging mas matatag kung mayroong higit na paghihiwalay sa pagitan ng dalawang phase na ito - syempre mahirap para sa isang tatanggap na makilala sa pagitan ng isang simbolo na may isang phase offset ng 90 ° at isang simbolo na may phase offset ng 91 °. 

Mayroon lamang kaming 360 ° ng phase upang gumana, kaya ang maximum na pagkakaiba sa pagitan ng lohika-mataas at lohika-mababang mga phase ay 180 °. Ngunit alam namin na ang paglilipat ng isang sinusoid sa pamamagitan ng 180 ° ay pareho sa pag-iikot sa ito; sa gayon, maaari nating isipin ang BPSK bilang simpleng pag-iikot ng carrier bilang tugon sa isang estado ng lohika at iwanan lamang ito bilang tugon sa iba pang estado ng lohika.

Upang maisagawa ito nang isang hakbang, alam natin na ang pagdaragdag ng isang sinusoid sa pamamagitan ng negatibo ay pareho sa pag-iikot sa ito. Ito ay humahantong sa posibilidad ng pagpapatupad ng BPSK gamit ang sumusunod na pangunahing pagsasaayos ng hardware:

Gayunpaman, ang pamamaraan na ito ay madaling magresulta sa mga paglilipat ng mataas na slope sa alon ng carrier: kung ang paglipat sa pagitan ng mga estado ng lohika ay nangyayari kapag ang carrier ay nasa pinakamataas na halaga nito, ang boltahe ng carrier ay kailangang mabilis na lumipat sa minimum na boltahe.




Ang mga kaganapan sa high-slope tulad ng mga ito ay hindi kanais-nais dahil bumubuo sila ng mas mataas na dalas na enerhiya na maaaring makagambala sa iba pang mga signal ng RF. Gayundin, ang mga amplifier ay may limitadong kakayahan upang makabuo ng mga pagbabago sa mataas na slope sa boltahe ng output.

Kung pinuhin namin ang pagpapatupad sa itaas na may dalawang karagdagang mga tampok, masisiguro namin ang maayos na paglipat sa pagitan ng mga simbolo. Una, kailangan nating tiyakin na ang panahon ng digital bit ay katumbas ng isa o mas kumpletong mga siklo ng carrier. 

Pangalawa, kailangan nating i-synchronize ang mga digital na paglilipat sa alon ng carrier. Sa pamamagitan ng mga pagpapabuti na ito, maaari naming idisenyo ang system tulad ng pagbabago ng phase ng 180 ° ay nangyayari kapag ang signal ng carrier ay nasa (o napakalapit) ng zero-crossing.

 

QPSK
Ang BPSK ay naglilipat ng isang bit bawat simbolo, na kung saan ay nasanay na kami hanggang ngayon. Lahat ng napag-usapan natin tungkol sa digital modulation ay ipinapalagay na ang signal ng carrier ay binago alinsunod sa kung ang isang digital na boltahe ay mababa ang lohika o mataas ang lohika, at ang receiver ay bumubuo ng digital data sa pamamagitan ng pagbibigay kahulugan sa bawat simbolo bilang alinman sa isang 0 o 1.

Bago natin talakayin ang quadrature phase shift keying (QPSK), kailangan nating ipakilala ang sumusunod na mahalagang konsepto: Walang dahilan kung bakit ang isang simbolo ay maaaring ilipat lamang ng isang bit. Totoo na ang mundo ng digital electronics ay itinayo sa paligid ng circuitry kung saan ang boltahe ay nasa isang matinding o ang iba pa, tulad na ang boltahe ay palaging kumakatawan sa isang digital na bit. 

Ngunit ang RF ay hindi digital; sa halip, gumagamit kami ng mga analog na alon upang ilipat ang mga digital na data, at ganap na katanggap-tanggap na magdisenyo ng isang sistema kung saan ang mga analog waveform ay naka-encode at binibigyang kahulugan sa isang paraan na nagpapahintulot sa isang simbolo na kumatawan sa dalawa (o higit pa) na mga piraso.

Ang QPSK ay isang pamamaraan ng modulation na nagbibigay-daan sa isang simbolo na maglipat ng dalawang piraso ng data. Mayroong apat na posibleng mga numero ng dalawang-bit (00, 01, 10, 11), at dahil dito kailangan namin ng apat na phase offset. Muli, nais namin ang maximum na paghihiwalay sa pagitan ng mga pagpipilian sa phase, na sa kasong ito ay 90 °.

Ang kalamangan ay mas mataas na rate ng data: kung mapanatili namin ang parehong panahon ng simbolo, maaari naming i-doble ang rate kung saan ang data ay inilipat mula sa transmitter hanggang sa tatanggap. Ang downside ay pagiging kumplikado ng system. (Maaari mong isipin na ang QPSK ay mas makabuluhang mas madaling kapitan ng mga error sa BPSK, dahil may mas kaunting paghihiwalay sa pagitan ng mga posibleng mga halaga ng phase. Ito ay isang makatwirang pag-aakala, ngunit kung dumaan ka sa matematika ay lumiliko na ang mga probabilidad ng error ay talagang halos pareho.)

Variant
Ang QPSK ay, sa pangkalahatan, isang epektibong pamamaraan ng modulation. Ngunit maaari itong mapabuti.

Mga Tumalon sa Phase
Ginagarantiyahan ng Standard QPSK na ang mga pagbabagong simbolo ng high-slope ay magaganap; dahil ang phase jumps ay maaaring maging ± 90 °, hindi namin maaaring gamitin ang diskarte na inilarawan para sa 180 ° phase jumps na ginawa ng BPSK modulation.

Ang problemang ito ay maaaring mapagaan sa pamamagitan ng paggamit ng isa sa dalawang mga variant ng QPSK. Ang offset QPSK, na nagsasangkot ng pagdaragdag ng isang pagkaantala sa isa sa dalawang mga digital data stream na ginagamit sa proseso ng modulation, binabawasan ang maximum na phase jump sa 90 °. Ang isa pang pagpipilian ay π / 4-QPSK, na binabawasan ang maximum na phase jump sa 135 °. Ang offset QPSK ay napakahusay na may kinalaman sa pagbabawas ng mga discontinuities ng phase, ngunit ang π / 4-QPSK ay kapaki-pakinabang dahil naaayon ito sa kaugalian encoding (tinalakay sa susunod na subseksyon).

Ang isa pang paraan upang harapin ang mga discontinuities ng simbolo-sa-simbolo ay ang pagpapatupad ng karagdagang pagproseso ng signal na lumilikha ng mas maayos na mga paglilipat sa pagitan ng mga simbolo. Ang diskarte na ito ay isinama sa isang modulation scheme na tinatawag na minimum shift keying (MSK), at mayroon ding pagpapabuti sa MSK na kilala bilang Gaussian MSK.

Pagkakaiba-iba ng Encoding
Ang isa pang kahirapan ay ang demodulasyon sa mga wave ng PSK ay mas mahirap kaysa sa mga alon ng FSK. 

Ang kadalasan ay "ganap" sa kamalayan na ang mga pagbabago sa dalas ay palaging isasalin sa pamamagitan ng pagsusuri ng mga pagkakaiba-iba ng signal nang may paggalang sa oras. Gayunpaman, ang phase ay kamag-anak sa kahulugan na wala itong unibersal na sanggunian - ang transmiter ay bumubuo ng mga pagkakaiba-iba ng phase na may sanggunian sa isang punto sa oras, at ang tatanggap ay maaaring bigyang kahulugan ang mga pagkakaiba-iba ng phase na may sanggunian sa isang hiwalay na punto sa oras.

Ang praktikal na pagpapakita nito ay ang mga sumusunod: Kung may mga pagkakaiba sa pagitan ng phase (o dalas) ng mga oscillator na ginagamit para sa modulation at demodulation, ang PSK ay hindi mapagkakatiwalaan. At kailangan nating ipalagay na magkakaroon ng mga pagkakaiba-iba ng phase (maliban kung ang tagatanggap ay nagsasama ng circuitry-recovery circuitry).

Ang pagkakaiba-iba ng QPSK (DQPSK) ay isang pagkakaiba-iba na katugma sa mga natatanggap na noncoherent (ibig sabihin, mga tagatanggap na hindi nag-i-synchronize ang demodulation oscillator sa modyul na oscillator). 

Ang naiibang QPSK ay nag-encode ng data sa pamamagitan ng paggawa ng isang tiyak na phase shift na nauugnay sa naunang simbolo. Sa pamamagitan ng paggamit ng yugto ng naunang simbolo sa ganitong paraan, sinusuri ng circuit ng demodulation circuit ang yugto ng isang simbolo gamit ang isang sanggunian na pangkaraniwan sa tagatanggap at ang transmiter.

Buod
* Binary phase shift keying ay isang diretso na modulation scheme na maaaring maglipat ng isang bit bawat simbolo.

* Quadrature phase shift keying ay mas kumplikado ngunit doble ang data rate (o nakamit ang parehong rate ng data na may kalahati ng bandwidth).

* Ang offset ng QPSK, π / 4-QPSK, at minimum na shift keying ay mga scheme ng modulation na nagpapagaan ng mga epekto ng mga pagbabago sa boltahe-to-simbolo ng mga pagbabago sa boltahe.

* Ang pagkakaiba-iba ng QPSK ay gumagamit ng pagkakaiba sa phase sa pagitan ng mga katabing simbolo upang maiwasan ang mga problema na nauugnay sa isang kakulangan ng pag-synchronise ng phase sa pagitan ng transmitter at tagatanggap.

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe