Symbian.net.ua

Фазовая манипуляция (англ. phase-shift keying (PSK)) была разработана в начале развития программы исследования дальнего космоса; сейчас схема PSK широко используется в коммерческих и военных системах связи. Фазоманипулированный сигнал имеет следующий вид:

Фазовый член φ _i( t) может принимать М дискретных значений.

Двоичная фазовая манипуляция

Фазовое созвездие для двоичной ФМн.

BPSK — самая простая форма PSK. Работа схемы модуляции заключается в смещении фазы несущего колебания на одно из двух значений, нуль или π (180°). Эта модуляция является самой помехоустойчивой из всех видов PSK, то есть только при высоком уровне шума демодулятор может принять неправильное решение. Однако каждый символ несет только 1 бит информации, что неприемлемо в случаях, когда необходимо реализовать высокую скорость передачи.

Вероятность ошибки на бит (BER) при BPSK в АБГШ может быть вычислена по формуле:

Так как на символ приходится 1 бит, то по этой же формуле вычисляется и вероятность ошибки на символ.

В присутствии произвольного изменения фазы, введенного каналом связи, демодулятор не способен определить, какая точка созвездия соответствует 1 и 0. В результате данные часто дифференциально кодируются до модуляции.

Реализация

Двоичные данные часто передаются со следующими сигналами:

для двоичного «0»

для двоичной «1»

где f _c — частота несущего колебания.

Квадратурная фазовая манипуляция

Фазовое созвездие для квадратурной ФМн.

Иногда называется 4-PSK. В QPSK (англ. Quadrature Phase Shift Keying) используются созвездие из четырех точек, размещенных на равных расстояниях на окружности. Используя 4 фазы, QPSK может кодировать два бита на символ, как показано на рисунке, для минимизации BER — удвоенная вероятность для BPSK. Анализ показывает, что скорость может быть увеличена в два раза относительно BPSK при той же полосе сигнала, либо оставить скорость прежней, но уменьшить полосу вдвое.

Хотя QPSK может рассматриваться как квадратурная модуляция, ее проще рассматривать в виде двух независимых модулированных несущих сдвинутых на 90°. При таком подходе четные (нечетные) биты используются для модуляции синфазной составляющей, а нечетные (четные) — квадратурной составляющей несущей. Так как BPSK используется для обеих составляющих несущей, то они могут быть демодулированы независимо.

В результате, вероятность ошибки на бит для QPSK такая же как и для BPSK:

.

Однако, так как в символе два бита, то величина ошибки на символ возрастает:

	.

При высоком отношении с/ш (это необходимо для реальных QPSK систем) вероятность м.б. примерно оценена по следующей формуле:

Как и при BPSK, существует проблема неопределенности начальной фазы в приемнике. Поэтому QPSK с дифференциальным кодированием на практике используется чаще.

Отличие QPSK от первых видов модуляции (АМн,ЧМн) в том что плотность передаваемой информации в расчёте на частотную ширину канала (на символ, на герц) выше единицы.

Например в АМн плотность много меньше единицы (0,1-0,001 бит на герц) — это связано с необходимостью накопления энергии в фильтрах в первых малочувствительных приёмниках (например русский изобретатель радио Попов использовал АМн в первом в мире приёмнике). В ЧМн этот показатель приближается к единице (0,1-1) бит на символ (герц). Например в GMSK, применяемому в GSM плотность информации равняется 1.

Этот вид модуляции используется например в стандарте сотовой связи CDMA2000 1X EV-DO.

π/4-QPSK

Фазовое созвездие для квадратурной π/4 ФМн.

Здесь изображены два отдельных созвездия использующие кодирование Грея, которые повернуты на 45° относительно друг друга. Обычно, четные и нечетные биты используются для определения точек соответствующего созвездия. Это приводит к уменьшению максимального скачка фазы с 180° до 135°. С другой стороны, использование π/4-QPSK приводит к простой демодуляции и вследствие этого она используется в системах сотовой связи с временным разделением каналов.

Сравнение OQPSK и QPSK

ФМн более высоких порядков

Фазовое созвездие для восьмиричной ФМн.

источник: wikipedia.org