مدولاسیون چهار فاز (QPSK). مدولاسیون فاز دیجیتال: BPSK، QPSK، DQPSK هر سیگنال qpsk دارای چند نماد اطلاعاتی است

5. مروری بر انواع مدولاسیون

تبدیل نوسان هارمونیک حامل (یک یا چند پارامتر آن) مطابق با قانون تغییر در توالی اطلاعات ارسالی را مدولاسیون می گویند. هنگام انتقال سیگنال های دیجیتال به شکل آنالوگ، آنها با مفهوم دستکاری عمل می کنند.

روش مدولاسیون نقش مهمی در دستیابی به بالاترین نرخ انتقال اطلاعات ممکن برای یک احتمال دریافت اشتباه دارد. قابلیت های محدود کننده سیستم انتقال را می توان با استفاده از فرمول معروف شانون تخمین زد، که وابستگی خروجی C یک کانال پیوسته با نویز گاوسی سفید را به باند فرکانس استفاده شده F و نسبت سیگنال به نویز Pc/ تعیین می کند. Psh.

که در آن PC میانگین قدرت سیگنال است.

PN میانگین توان نویز در باند فرکانسی است.

پهنای باند به عنوان حد بالای نرخ انتقال اطلاعات واقعی V تعریف می‌شود. عبارت فوق به شما امکان می‌دهد حداکثر مقدار نرخ انتقال را که می‌توان در یک کانال گاوسی با مقادیر داده شده به دست آورد: پهنای محدوده فرکانسی که در آن به دست می‌آید. انتقال انجام می شود (DF) و نسبت سیگنال به نویز (PC/RSh).

احتمال دریافت اشتباه بیت در یک سیستم انتقال خاص با نسبت PC / RH تعیین می شود. از فرمول شانون چنین برمی‌آید که افزایش نرخ انتقال ویژه V/DF مستلزم افزایش هزینه‌های انرژی (PC) در هر بیت است. وابستگی نرخ انتقال خاص به نسبت سیگنال به نویز در شکل نشان داده شده است. 5.1.

شکل 5.1 - وابستگی نرخ انتقال خاص به نسبت سیگنال به نویز

هر سیستم انتقال را می توان با یک نقطه زیر منحنی نشان داده شده در شکل (منطقه B) توصیف کرد. این منحنی اغلب به عنوان حد یا حد شانون شناخته می شود. برای هر نقطه در منطقه B، امکان ایجاد چنین سیستم ارتباطی وجود دارد که احتمال دریافت اشتباه آن می تواند به اندازه نیاز کم باشد.

سیستم های انتقال داده مدرن نیاز دارند که احتمال خطای کشف نشده بیشتر از 10-4...10-7 نباشد.

در فناوری ارتباطات دیجیتال مدرن، رایج‌ترین آنها مدولاسیون فرکانس (FSK)، مدولاسیون فاز نسبی (DPSK)، مدولاسیون فاز مربعی (QPSK)، مدولاسیون فاز با شیفت (offset) است که به عنوان O-QPSK یا SQPSK، دامنه مربعی نامیده می‌شود. مدولاسیون (QAM) .

با مدولاسیون فرکانس، مقادیر "0" و "1" توالی اطلاعات مربوط به فرکانس های خاصی از سیگنال آنالوگ با دامنه ثابت است. مدولاسیون فرکانس بسیار مقاوم در برابر نویز است، با این حال، با مدولاسیون فرکانس، منبع پهنای باند کانال ارتباطی غیراقتصادی است. بنابراین، این نوع مدولاسیون در پروتکل‌های کم سرعت استفاده می‌شود که امکان برقراری ارتباط از طریق کانال‌هایی با نسبت سیگنال به نویز کم را فراهم می‌کند.

با مدولاسیون فاز نسبی، بسته به مقدار عنصر اطلاعات، تنها فاز سیگنال در دامنه و فرکانس ثابت تغییر می کند. علاوه بر این، به هر بیت اطلاعاتی نه قدر مطلق فاز، بلکه تغییر آن نسبت به مقدار قبلی اختصاص داده می شود.

معمولاً، DPSK چهار فاز یا DPSK دو زمانه، بر اساس انتقال چهار سیگنال، که هر کدام اطلاعاتی در مورد دو بیت (dibit) از دنباله باینری اصلی دارند، استفاده می‌شود. معمولاً از دو مجموعه فاز استفاده می شود: بسته به مقدار دیبیت (00، 01، 10 یا 11)، فاز سیگنال می تواند 0 درجه، 90 درجه، 180 درجه، 270 درجه یا 45 درجه، 135 درجه، 225 درجه، 315 تغییر کند. ° به ترتیب. در این حالت، اگر تعداد بیت های کدگذاری شده بیش از سه (8 موقعیت چرخش فاز) باشد، ایمنی نویز DPSK به شدت کاهش می یابد. به همین دلیل از DPSK برای انتقال داده با سرعت بالا استفاده نمی شود.

مودم‌های مدولاسیون فاز 4 موقعیت یا مربع در سیستم‌هایی استفاده می‌شوند که بازده طیفی نظری دستگاه‌های انتقال BPSK (1 بیت/(s·Hz)) برای پهنای باند موجود کافی نیست. تکنیک های مختلف دمدولاسیون مورد استفاده در سیستم های BPSK نیز در سیستم های QPSK استفاده می شود. علاوه بر توزیع مستقیم روش‌های مدولاسیون باینری در مورد QPSK، مدولاسیون 4 موقعیت با شیفت (offset) نیز استفاده می‌شود. برخی از انواع QPSK و BPSK در جدول نشان داده شده است. 5.1.

با مدولاسیون دامنه مربعی، هم فاز و هم دامنه سیگنال تغییر می کند، که باعث می شود تعداد بیت های کدگذاری شده افزایش یابد و در عین حال ایمنی نویز را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. در حال حاضر از روش های مدولاسیون استفاده می شود که در آن تعداد بیت های اطلاعاتی رمزگذاری شده در یک بازه باود می تواند به 8 ... 9 برسد و تعداد موقعیت های سیگنال در فضای سیگنال 256 ... 512 باشد.

جدول 5.1 - انواع QPSK و BPSK

نمایش مربعی سیگنال ها وسیله ای مناسب و نسبتاً جهانی برای توصیف آنها است. نمایش مربعی شامل بیان نوسان به عنوان یک ترکیب خطی از دو جزء متعامد - سینوسی و کسینوس است:

S(t)=x(t)sin(wt+(j))+y(t)cos(wt+(j))، (5.2)

که در آن x(t) و y(t) کمیت های گسسته دوقطبی هستند.

چنین مدولاسیون گسسته (کلیدینگ) در دو کانال روی حامل هایی که 90 درجه نسبت به یکدیگر جابجا شده اند انجام می شود، یعنی. که به صورت ربع هستند (از این رو نام نمایش و روش تولید سیگنال).

اجازه دهید عملکرد مدار مربعات (شکل 5.2) را با استفاده از مثال تولید سیگنال های QPSK توضیح دهیم.

شکل 5.2 - طرح مدولاتور ربع

دنباله اولیه نمادهای دودویی مدت T توسط رجیستر شیفت به پالس های فرد Y تقسیم می شود که به کانال مربعی (coswt) و زوج - X وارد کانال درون فازی (sinwt) می شوند. هر دو دنباله پالس به ورودی‌های شکل‌دهنده پالس دستکاری مربوطه تغذیه می‌شوند، که در خروجی‌های آن دنباله‌هایی از پالس‌های دوقطبی x(t) و y(t) تشکیل می‌شوند.

پالس های دستکاری دارای دامنه و مدت زمان 2T هستند. پالس‌های x(t) و y(t) به ورودی‌های ضرب‌کننده‌های کانال می‌رسند که در خروجی‌های آن‌ها نوسان‌های مدوله‌شده فاز دو فازی تشکیل می‌شوند. پس از جمع، سیگنال QPSK را تشکیل می دهند.

عبارت فوق برای توصیف سیگنال با استقلال متقابل پالس های دستکاری چندسطحی x(t)، y(t) در کانال ها مشخص می شود، یعنی. سطح واحد در یک کانال ممکن است با یک واحد یا سطح صفر در کانال دیگر مطابقت داشته باشد. در نتیجه، سیگنال خروجی مدار مربعی نه تنها در فاز، بلکه در دامنه نیز تغییر می کند. از آنجایی که هر کانال دارای کلید تغییر دامنه است، به این نوع مدولاسیون، مدولاسیون درجه دوم دامنه گفته می شود.

با استفاده از یک تفسیر هندسی، هر سیگنال QAM را می توان به عنوان یک بردار در فضای سیگنال نشان داد.

با علامت گذاری فقط انتهای بردارها، برای سیگنال های QAM تصویری به شکل یک نقطه سیگنال به دست می آوریم که مختصات آن با مقادیر x(t) و y(t) تعیین می شود. مجموعه نقاط سیگنال به اصطلاح صورت فلکی سیگنال را تشکیل می دهد.

روی انجیر شکل 5.3 بلوک دیاگرام مدولاتور را نشان می دهد و در شکل. 5.4 - صورت فلکی سیگنال برای موردی که x(t) و y(t) مقادیر ±1، ±3 (QAM-4) را می گیرند.

شکل 5.4 - نمودار سیگنال QAM-4

مقادیر ± 1، 3 ± سطوح مدولاسیون را تعیین می کنند و نسبی هستند. این صورت فلکی شامل 16 نقطه سیگنال است که هر کدام مربوط به چهار بیت اطلاعات ارسالی است.

ترکیب سطوح ± 1، 3 ±، 5 ± می تواند صورت فلکی از 36 نقطه سیگنال را تشکیل دهد. با این حال، از این تعداد، تنها 16 نقطه توزیع شده به طور مساوی در فضای سیگنال در پروتکل های ITU-T استفاده می شود.

روش های مختلفی برای پیاده سازی QAM-4 در عمل وجود دارد که رایج ترین آنها روش به اصطلاح مدولاسیون برهم نهی (SPM) است. طرحی که این روش را پیاده سازی می کند از دو QPSK یکسان استفاده می کند (شکل 5.5).

با استفاده از همین تکنیک برای به دست آوردن QAM، می توان طرحی برای اجرای عملی QAM-32 به دست آورد (شکل 5.6).

شکل 5.5 - طرح مدولاتور QAM-16

شکل 5.6 - طرح مدولاتور QAM-32

دریافت QAM-64، QAM-128 و QAM-256 به همین ترتیب انجام می شود. طرح هایی برای به دست آوردن این مدولاسیون ها به دلیل دست و پا گیر بودن آنها ارائه نشده است.

از تئوری ارتباطات مشخص است که با تعداد مساوی نقاط در صورت فلکی سیگنال، طیف ایمنی نویز سیستم های QAM و QPSK متفاوت است. با تعداد زیادی نقاط سیگنال، طیف QAM با طیف سیگنال های QPSK یکسان است. با این حال، سیگنال های سیستم QAM عملکرد بهتری نسبت به سیستم های QPSK دارند. دلیل اصلی این امر این است که فاصله بین نقاط سیگنال در سیستم QPSK کمتر از فاصله بین نقاط سیگنال در سیستم QAM است.

روی انجیر 5.7 صورت فلکی سیگنال سیستم های QAM-16 و QPSK-16 را با قدرت سیگنال یکسان نشان می دهد. فاصله d بین نقاط مجاور صورت فلکی سیگنال در یک سیستم QAM با سطوح مدولاسیون L توسط:

(5.3)

به طور مشابه برای QPSK:

(5.4)

که در آن M تعداد فازها است.

از عبارات فوق چنین استنباط می شود که با افزایش مقدار M و همان سطح توان، سیستم های QAM بر سیستم های QPSK ارجحیت دارند. به عنوان مثال، در M=16 (L = 4) dQAM = 0.47 و dQPSK = 0.396، و در M=32 (L = 6) dQAM = 0.28، dQPSK = 0.174.

بنابراین، می توان گفت که QAM بسیار کارآمدتر از QPSK است، که امکان استفاده از مدولاسیون چند سطحی بیشتری را در همان نسبت سیگنال به نویز فراهم می کند. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که ویژگی‌های QAM به مرز شانون نزدیک‌ترین خواهند بود (شکل 5.8) که در آن: 1 - مرز شانون، 2 - QAM، 3 - ARC موقعیتی M، 4 - PSK موقعیتی M.

شکل 5.8 - وابستگی بازده طیفی مدولاسیون های مختلف به C/N

به طور کلی، سیستم‌های QAM موقعیت M تقویت‌شده خطی مانند 16-QAM، 64-QAM، 256-QAM دارای بازده طیفی بالاتر از QPSK تقویت‌شده خطی هستند که دارای حاشیه بازده نظری 2 بیت/(s∙Hz) است. .

یکی از ویژگی های مشخصه QAM قدرت کم خارج از باند است (شکل 5.9).

شکل 5.9 - طیف انرژی QAM-64

استفاده از QAM چند موقعیتی به شکل خالص آن با مشکل ایمنی ناکافی نویز همراه است. بنابراین، در تمام پروتکل های پرسرعت مدرن، QAM همراه با ترلیس کدگذاری (TCM) استفاده می شود. صورت فلکی سیگنال TCM حاوی نقاط سیگنال (موقعیت سیگنال) بیشتری نسبت به مدولاسیون بدون کدگذاری تریلی است. به عنوان مثال، QAM 16 طرفه، 32-QAM را با کدگذاری تریلی تشکیل می دهد. نقاط صورت فلکی اضافی، افزونگی سیگنال را فراهم می کنند و می توانند برای تشخیص و تصحیح خطا استفاده شوند. کدگذاری کانولوشن در ترکیب با TCM یک وابستگی بین نقاط سیگنال متوالی را معرفی می کند. نتیجه یک روش مدولاسیون جدید به نام مدولاسیون تریلی است. ترکیب کد تصحیح خطای QAM خاص که به روشی خاص انتخاب شده است، طراحی کد سیگنال (CCM) نامیده می شود. SCC ها امکان افزایش مصونیت نویز انتقال اطلاعات و کاهش الزامات نسبت سیگنال به نویز در کانال را به میزان 3-6 دسی بل فراهم می کنند. در طول دمدولاسیون، سیگنال دریافتی با استفاده از الگوریتم ویتربی رمزگشایی می شود. این الگوریتم به دلیل استفاده از افزونگی معرفی شده و دانش تاریخچه فرآیند دریافت، اجازه می دهد تا با توجه به معیار حداکثر احتمال، مطمئن ترین نقطه مرجع را از فضای سیگنال انتخاب کنید.

استفاده از QAM-256 به 1 باود اجازه می دهد تا 8 حالت سیگنال، یعنی 8 بیت را ارسال کند. این به شما امکان می دهد تا سرعت انتقال داده را به میزان قابل توجهی افزایش دهید. بنابراین، با عرض محدوده انتقال Df=45 کیلوهرتز (مانند مورد ما)، 1 باود، یعنی 8 بیت، می تواند در بازه زمانی 1/Df ارسال شود. سپس حداکثر نرخ انتقال برای این محدوده فرکانس خواهد بود

از آنجایی که این سیستم روی دو باند فرکانسی با عرض یکسان ارسال می کند، حداکثر سرعت انتقال این سیستم 720 کیلوبیت بر ثانیه خواهد بود.

از آنجایی که جریان بیت ارسالی نه تنها شامل بیت های اطلاعات، بلکه بیت های سرویس نیز می شود، نرخ اطلاعات به ساختار فریم های ارسالی بستگی دارد. فریم های مورد استفاده در این سیستم انتقال داده بر اساس پروتکل های اترنت و V.42 شکل گرفته اند و دارای حداکثر طول K=1518 بیت هستند که KS=64 بیت سرویس هستند. سپس نرخ انتقال اطلاعات به نسبت بیت های اطلاعات و بیت های سرویس بستگی دارد.

این سرعت از سرعت مشخص شده در شرایط مرجع بیشتر است. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که روش مدولاسیون انتخابی الزامات تعیین شده در شرایط مرجع را برآورده می‌کند.

از آنجایی که در این سیستم انتقال همزمان روی دو باند فرکانسی انجام می شود، لازم است دو مدولاتور که به طور موازی کار می کنند سازماندهی شوند. اما باید در نظر داشت که امکان انتقال عملکرد سیستم از محدوده فرکانس اصلی به محدوده ذخیره وجود دارد. بنابراین، تولید و کنترل هر چهار فرکانس حامل مورد نیاز است. یک سینت سایزر فرکانس که برای تولید فرکانس های حامل طراحی شده است از یک ژنراتور سیگنال مرجع، تقسیم کننده ها و فیلترهای با کیفیت بالا تشکیل شده است. یک مولد موج مربعی کوارتز (شکل 5.10) به عنوان یک مولد سیگنال مرجع عمل می کند.

شکل 5.10 - نوسان ساز با تثبیت کوارتز

به منظور ارزیابی وضعیت تضمین امنیت اطلاعات؛ - مدیریت پذیرش شرکت کنندگان در جلسه در محل؛ - سازمان نظارت بر ورود به اماکن اختصاص یافته و محیط زیست در طول جلسه. 2. ابزار اصلی تضمین حفاظت از اطلاعات صوتی در طول جلسه عبارتند از: - نصب انواع مولدهای نویز، نظارت اتاق بر روی ...

با استفاده از فن آوری های کامپیوتری چاپ؟ 10. اعمال مجرمانه مندرج در فصل 28 قانون جزایی فدراسیون روسیه "جرایم در زمینه اطلاعات رایانه ای" را شرح دهید. بخش 2. مبارزه با جرم و جنایت در حوزه اطلاعات رایانه ای فصل 5. کنترل جرایم در حوزه فناوری های پیشرفته 5.1 کنترل جرایم رایانه ای در روسیه اقدامات کنترل بر ...

امروزه متخصصان ارتباطات دیگر از عبارت مرموز Spread Spectrum شگفت زده نمی شوند. پهنای باند (یعنی پشت این کلمات پنهان شده اند) سیستم های انتقال داده از نظر روش و سرعت انتقال داده ها، نوع مدولاسیون، محدوده انتقال، قابلیت های سرویس و ... با یکدیگر تفاوت دارند که در این مقاله سعی شده است پهنای باند طبقه بندی شود. سیستم های مبتنی بر مدولاسیون استفاده شده در آنها.

مقررات اساسی

سیستم های انتقال داده پهن باند (WBDS) از نظر پروتکل ها تابع استاندارد واحد IEEE 802.11 و در بخش فرکانس رادیویی تابع قوانین واحد FCC (کمیسیون ارتباطات فدرال ایالات متحده) هستند. اما در عین حال از نظر نحوه و سرعت انتقال داده، نوع مدولاسیون، فاصله انتقال، قابلیت های سرویس و ... با یکدیگر تفاوت دارند.

همه این ویژگی ها هنگام انتخاب دسترسی پهن باند (توسط یک خریدار بالقوه)، و پایه عنصر (توسط یک توسعه دهنده، سازنده سیستم های ارتباطی) مهم هستند. در بررسی حاضر، تلاش شده است تا دسترسی پهنای باند بر اساس کمترین ویژگی پوشش داده شده در ادبیات فنی، یعنی مدولاسیون آنها طبقه بندی شود.

با استفاده از انواع مختلفی از مدولاسیون‌های اضافی، اعمال شده همراه با فاز (BPSK) و مدولاسیون فاز مربعی (QPSK) برای افزایش نرخ اطلاعات هنگام ارسال سیگنال‌های باند پهن در باند 2.4 گیگاهرتز، می‌توان به نرخ اطلاعات تا 11 مگابیت در ثانیه دست یافت. محدودیت های اعمال شده توسط FCC برای عملیات در این محدوده را در نظر بگیرید. از آنجایی که انتظار می‌رود سیگنال‌های باند پهن بدون دریافت مجوز برای باند فرکانسی ارسال شوند، ویژگی‌های سیگنال‌ها برای کاهش تداخل متقابل محدود می‌شوند.

این انواع مدولاسیون اشکال مختلفی از مدولاسیون متعامد M-ary (MOK)، مدولاسیون فاز پالس (PPM)، مدولاسیون دامنه مربعی (QAM) هستند. سیگنال‌های باند پهن را می‌توان به‌عنوان سیگنال‌های دریافتی در طول عملیات همزمان در چندین کانال موازی که بر اساس فرکانس (FDMA) و/یا زمان (TDMA) از هم جدا شده‌اند طبقه‌بندی کرد. بسته به شرایط خاص، یک یا نوع دیگری از مدولاسیون انتخاب می شود.

انتخاب نوع مدولاسیون

وظیفه اصلی هر سیستم ارتباطی انتقال اطلاعات از منبع پیام به مصرف کننده به صرفه ترین روش است. بنابراین، نوعی مدولاسیون انتخاب می شود که اثر تداخل و اعوجاج را به حداقل می رساند و در نتیجه به حداکثر نرخ اطلاعات و حداقل میزان خطا دست می یابد. انواع مدولاسیون تحت بررسی با توجه به چندین معیار انتخاب شدند: مقاومت در برابر انتشار چند مسیره. دخالت؛ تعداد کانال های موجود؛ الزامات خطی بودن تقویت کننده های قدرت؛ محدوده انتقال قابل دستیابی و پیچیدگی پیاده سازی

مدولاسیون DSSS

بیشتر انواع مدولاسیون ارائه شده در بررسی بر اساس سیگنال‌های توالی مستقیم باند پهن (DSSS) - سیگنال‌های باند پهن کلاسیک است. در سیستم‌های دارای DSSS، گسترش طیف سیگنال به میزان چند برابر امکان کاهش چگالی توان طیفی سیگنال را به همان میزان فراهم می‌کند. پخش معمولاً با ضرب یک سیگنال داده نسبتاً باند باریک با یک سیگنال پخش باند پهن انجام می شود. سیگنال پخش کننده یا کد پخش کننده اغلب به عنوان کدهای نویز مانند یا کد PN (شبه نویز) شناخته می شود. اصل گسترش توصیف شده طیف در شکل 1 نشان داده شده است. 1.

دوره بیت - دوره بیت اطلاعات
دوره تراشه - دوره تراشه
سیگنال داده
کد PN - کد نویز مانند
سیگنال کد شده - سیگنال پهن باند
مدولاسیون DSSS/MOK

سیگنال‌های توالی مستقیم باند پهن با مدولاسیون متعامد M-ary (یا به اختصار مدولاسیون MOK) برای مدت طولانی شناخته شده‌اند، اما پیاده‌سازی آنها بر روی اجزای آنالوگ بسیار دشوار است. با استفاده از ریزمدارهای دیجیتال، امروزه می توان از خواص منحصر به فرد این مدولاسیون استفاده کرد.

یک گونه از MOK مدولاسیون دو متعامد M-ary (MBOK) است. افزایش نرخ اطلاعات با استفاده از چندین کد PN متعامد به طور همزمان و در عین حال حفظ نرخ تکرار تراشه و شکل طیف یکسان به دست می آید. مدولاسیون MBOK از انرژی طیف به طور موثر استفاده می کند، یعنی نسبت نسبتاً بالایی از نرخ انتقال به انرژی سیگنال دارد. از تداخل و چند مسیری مصون است.

از آنچه در شکل نشان داده شده است. 2 از طرح مدولاسیون MBOK در ارتباط با QPSK، می توان مشاهده کرد که کد PN از بردارهای متعامد M با توجه به بایت کنترل داده انتخاب شده است. از آنجایی که کانال های I و Q متعامد هستند، می توانند به طور همزمان تحت MBOK قرار گیرند. در مدولاسیون دو طرفه از بردارهای معکوس نیز استفاده می شود که امکان افزایش نرخ اطلاعات را فراهم می کند. مجموعه بردارهای والش واقعاً متعامد با ابعاد برداری مضرب 2، وسیع‌ترین توزیع را به دست آورده‌اند. 8 بیت در هر نماد کانال را ارسال می‌کند که در نتیجه نرخ کانال 1.375 مگا نماد در ثانیه و سرعت داده 11 مگابیت در ثانیه ایجاد می‌شود.

مدولاسیون سازماندهی کار مشترک با سیستم های باند پهن که با نرخ تراشه استاندارد و تنها با استفاده از QPSK کار می کنند را بسیار آسان می کند. در این حالت، هدر فریم با نرخ 8 برابر کمتر (در هر مورد) منتقل می شود که به سیستم کندتر اجازه می دهد تا این هدر را به درستی درک کند. سپس نرخ داده افزایش می یابد.
1. ورودی
2. Scrambler
3. Multiplexer 1:8
4. انتخاب یکی از 8 عملکرد والش
5. انتخاب یکی از 8 عملکرد والش
6. خروجی I-channel
7. خروجی کانال Q

از نظر تئوری، MBOK نسبت به BPSK برای همان نسبت Eb/N0 (به دلیل ویژگی‌های کدگذاری) دارای نرخ خطای کمی پایین‌تر (BER) است که این مدولاسیون را به کارآمدترین مدولاسیون انرژی تبدیل می‌کند. در BPSK، هر بیت به طور مستقل پردازش می شود، در MBOK، یک کاراکتر شناسایی می شود. اگر اشتباه تشخیص داده شود، این بدان معنا نیست که تمام بیت های این کاراکتر به اشتباه دریافت می شوند. بنابراین، احتمال دریافت نماد اشتباه با احتمال دریافت یک بیت اشتباه برابر نیست.

طیف MBOK سیگنال های مدوله شده مطابق با استاندارد IEEE 802.11 است. در حال حاضر، Aironet Wireless Communications, Inc. پل های بی سیم را برای شبکه های اترنت و Token Ring با استفاده از فناوری DSSS/MBOK و انتقال اطلاعات از طریق هوا با سرعت حداکثر 4 مگابیت بر ثانیه ارائه می دهد.

ایمنی چند مسیری به نسبت Eb/N0 و اعوجاج فاز سیگنال بستگی دارد. شبیه‌سازی‌های عددی انتقال سیگنال‌های MBOK باند پهن توسط مهندسان نیمه‌رسانای هریس در داخل ساختمان‌ها تأیید کرده‌اند که چنین سیگنال‌هایی در برابر این عوامل تداخلی کاملاً قوی هستند. رجوع کنید به: Andren C. تکنیک های مدولاسیون 11 مگابایت در ثانیه // خبرنامه هریس نیمه هادی. 98/05/05.

روی انجیر شکل 3 نمودارهایی از احتمال دریافت یک قاب داده اشتباه (PER) را در مقابل فاصله با قدرت سیگنال تابشی 15 دسی بل/مگاوات (برای 5.5 مگابیت بر ثانیه - 20 دسی بل بر مگاوات) نشان می دهد که در نتیجه شبیه سازی عددی به دست آمده است. نرخ داده های اطلاعاتی مختلف

شبیه سازی نشان می دهد که با افزایش Es/N0، که برای تشخیص نماد قابل اعتماد ضروری است، PER تحت شرایط بازتاب مجدد سیگنال قوی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. برای غلبه بر این مشکل، می توان از دریافت منطبق با چند آنتن استفاده کرد. روی انجیر 4 نتایج را برای این مورد نشان می دهد. با دریافت منطبق بهینه، PER برابر با مربع PER دریافت غیر همسان خواهد بود. هنگام در نظر گرفتن شکل 3 و 4، باید به خاطر داشت که با PER=15٪، از دست دادن واقعی در نرخ اطلاعات به دلیل نیاز به ارسال مجدد بسته های شکست خورده، 30٪ خواهد بود.

یک پیش نیاز برای استفاده از QPSK در ارتباط با MBOK، پردازش سیگنال منسجم است. در عمل، این امر با دریافت مقدمه و هدر فریم با استفاده از BPSK برای تنظیم حلقه بازخورد فاز حاصل می شود. با این حال، همه اینها و همچنین استفاده از همبسته های سریال برای پردازش سیگنال منسجم، پیچیدگی دمدولاتور را افزایش می دهد.

مدولاسیون CCSK

مدولاسیون متعامد توالی مستقیم پهنای باند M-ary و مدولاسیون کد چرخه ای (CCSK) آسان تر از MBOK هستند زیرا فقط یک کد PN استفاده می شود. این نوع مدولاسیون به دلیل جابجایی زمانی اوج همبستگی در یک نماد رخ می دهد. با اعمال یک کد بارکر به طول 11 و نرخ 1 مگا نماد در ثانیه، اوج را می توان به یکی از هشت موقعیت تغییر داد. 3 موقعیت باقیمانده اجازه نمی دهد از آنها برای افزایش سرعت اطلاعات استفاده شود. به این ترتیب، سه بیت اطلاعات در هر نماد قابل انتقال است. با افزودن BPSK به ازای هر نماد می توان یک بیت اطلاعات دیگر انتقال داد، یعنی در مجموع 4 بیت. در نتیجه با استفاده از QPSK، 8 بیت اطلاعات در هر نماد کانال به دست می آید.

مشکل اصلی برای PPM و CCSK حساسیت به چند مسیره زمانی است که تاخیر بین چند مسیر سیگنال از مدت زمان کد PN بیشتر شود. بنابراین، در داخل خانه با چنین بازتابی، استفاده از این نوع مدولاسیون ها دشوار است. CCSK نسبتاً آسان است و فقط به کمی پیچیدگی از مدار مدولاتور/دمودولاتور سنتی نیاز دارد. طرح CCSK شبیه طرح مدولاسیون MBOK در ارتباط با QPSK است (شکل 2 را ببینید)، اما به جای بلوکی برای انتخاب یکی از 8 تابع والش، یک بلوک تغییر کلمه وجود دارد.

مدولاسیون DSSS/PPM

سیگنال‌های باند پهن مدولاسیون فاز پالس توالی مستقیم (DSSS/PPM) توسعه بیشتر سیگنال‌های طیف گسترده توالی مستقیم هستند.

ایده مدولاسیون فاز پالس برای سیگنال های باند پهن معمولی این است که افزایش نرخ اطلاعات با تغییر فاصله زمانی بین پیک های همبستگی نمادهای متوالی به دست می آید. مدولاسیون توسط Rajeev Krishnamoorthy و Israel Bar-David در آزمایشگاه Bell در هلند اختراع شد.

پیاده سازی مدولاسیون فعلی اجازه می دهد تا هشت موقعیت زمان بندی پالس های همبستگی در یک بازه نماد (در یک فاصله توالی PN) تعیین شود. اگر چنین فناوری به طور مستقل بر روی کانال های I و Q در DQPSK اعمال شود، 64 (8x8) حالت های اطلاعاتی مختلف به دست می آید. با ترکیب مدولاسیون فاز پالس با مدولاسیون DQPSK که دو حالت مختلف در کانال I و دو حالت مختلف در کانال Q ایجاد می کند، 256 حالت (64x2x2) به دست می آید که معادل 8 بیت اطلاعات در هر نماد است.

مدولاسیون DSSS/QAM

سیگنال‌های باند پهن توالی مستقیم با مدولاسیون دامنه مربعی (DSSS/QAM) را می‌توان به عنوان سیگنال‌های مدولاسیون باند پهن DQPSK کلاسیک در نظر گرفت، که در آن اطلاعات نیز از طریق تغییر در دامنه منتقل می‌شوند. با اعمال مدولاسیون دامنه دوسطحی و DQPSK، 4 حالت مختلف در کانال I و 4 حالت مختلف در کانال Q به دست می آید. سیگنال مدوله شده همچنین می تواند تحت مدولاسیون فاز پالس قرار گیرد که باعث افزایش نرخ اطلاعات می شود.

یکی از محدودیت های DSSS/QAM این است که سیگنال های دارای این مدولاسیون نسبت به انتشار چند مسیره کاملاً حساس هستند. همچنین، به دلیل اعمال همزمان مدولاسیون فاز و دامنه، نسبت Eb/N0 برای به دست آوردن همان مقدار BER مانند MBOK افزایش می‌یابد.

برای کاهش حساسیت به اعوجاج می توان از اکولایزر استفاده کرد. اما استفاده از آن به دو دلیل نامطلوب است.

ابتدا باید دنباله نمادهایی را که اکولایزر را تنظیم می کند افزایش داد که به نوبه خود طول مقدمه را افزایش می دهد. ثانیاً با اضافه شدن یک اکولایزر هزینه کل سیستم افزایش می یابد.

مدولاسیون مربعی اضافی نیز می تواند در سیستم هایی با فرکانس پرش استفاده شود. به عنوان مثال، WaveAccess یک مودم با مارک جگوار منتشر کرده است که از فناوری Frequency Hopping، مدولاسیون QPSK در ارتباط با 16QAM استفاده می کند. برخلاف مدولاسیون فرکانس FSK که به طور کلی در این مورد پذیرفته شده است، این امکان ارائه نرخ انتقال داده واقعی 2.2 مگابیت بر ثانیه را فراهم می کند. مهندسان WaveAccess معتقدند که استفاده از فناوری DSSS با سرعت های بالاتر (تا 10 مگابیت در ثانیه) به دلیل فاصله ناچیز انتقال (بیش از 100 متر) نامناسب است.

مدولاسیون OCDM

در سیگنال های باند پهن که از چندگانه سازی چندین سیگنال پهن باند با مالتی پلکس تقسیم کد متعامد (Orthogonal Code Division Multiplex - OCDM) به دست می آیند، از چندین کانال پهن باند به طور همزمان در یک فرکانس استفاده می شود.

کانال ها با استفاده از کدهای PN متعامد جدا می شوند. شارپ یک مودم 10 مگابیتی را بر اساس این فناوری معرفی کرده است. در واقع 16 کانال با کدهای متعامد 16 تراشه ای به طور همزمان مخابره می شوند. BPSK برای هر کانال اعمال می شود، سپس کانال ها به صورت آنالوگ جمع می شوند.

Data Mux - مالتی پلکسر داده ورودی

BPSK - بلوک مدولاسیون فاز

گسترش - بلوک پخش مستقیم توالی

جمع - جمع کننده خروجی

مدولاسیون OFDM

سیگنال های باند پهن به دست آمده از چندگانه سازی چندین سیگنال باند پهن با مالتی پلکسی تقسیم فرکانس متعامد (Orthogonal Frequency Division Multiplex - OFDM)، نشان دهنده انتقال همزمان سیگنال ها با مدولاسیون فاز بر روی فرکانس های حامل مختلف است. مدولاسیون در MIL-STD 188C توضیح داده شده است. یکی از مزایای آن مقاومت بالای آن در برابر افت طیف به دلیل محو شدن چند مسیره است. محو شدن باند باریک ممکن است یک یا چند حامل را حذف کند. یک اتصال قابل اعتماد با توزیع انرژی نماد در چندین فرکانس تضمین می شود.

این از بازده طیفی یک سیستم QPSK مشابه 2.5 برابر بیشتر است. میکرو مدارهای آماده ای وجود دارند که مدولاسیون OFDM را پیاده سازی می کنند. به طور خاص، موتورولا دمدولاتور MC92308 OFDM و تراشه جلویی MC92309 OFDM را منتشر می کند. یک شماتیک از یک مدولاتور معمولی OFDM در شکل نشان داده شده است. 6.

داده mux - مالتی پلکسر داده ورودی

کانال - کانال فرکانس

BPSK - بلوک مدولاسیون فاز

مجموع - جمع کننده کانال فرکانس

نتیجه

جدول مقایسه امتیازات هر نوع مدولاسیون را با توجه به معیارهای مختلف و امتیاز نهایی نشان می دهد. نمره کمتر با نمره بهتر مطابقت دارد. مدولاسیون دامنه مربعی فقط برای مقاصد مقایسه گرفته شده است.

هنگام بررسی، انواع مختلفی از مدولاسیون ها کنار گذاشته شدند که مقادیر غیر قابل قبولی برای برآورد شاخص های مختلف دارند. به عنوان مثال، سیگنال های باند پهن با مدولاسیون فاز 16 موقعیت (PSK) - به دلیل مقاومت ضعیف در برابر تداخل، سیگنال های باند بسیار گسترده - به دلیل محدودیت در طول محدوده فرکانس و نیاز به حداقل سه کانال برای همزیستی رادیو مجاور. شبکه های.

در میان انواع مدولاسیون پهنای باند در نظر گرفته شده، جالب ترین مدولاسیون دو متعامد M-ary - MBOK است.

در پایان، مایلم به مدولاسیونی اشاره کنم که در یک سری آزمایشات انجام شده توسط مهندسان نیمه هادی هریس گنجانده نشده است. ما در مورد مدولاسیون QPSK فیلتر شده (Filtered Quadrature Phase Shift Keying - FQPSK) صحبت می کنیم. این مدولاسیون توسط پروفسور Kamilo Feher از دانشگاه کالیفرنیا توسعه یافته و به طور مشترک با Didcom, Inc.

برای به دست آوردن FQPSK از فیلتر غیر خطی طیف سیگنال در فرستنده و به دنبال آن بازیابی آن در گیرنده استفاده می شود. در نتیجه، طیف FQPSK تقریباً نیمی از مساحت را در مقایسه با طیف QPSK اشغال می کند، همه پارامترهای دیگر برابر هستند. علاوه بر این، PER (نرخ خطای بسته) FQPSK از GMSK با 10-2-10-4 بهتر است. GSMK یک مدولاسیون فرکانس گاوسی است که به ویژه در استاندارد سلولی دیجیتال GSM استفاده می شود. مدولاسیون جدید توسط شرکت هایی مانند EIP Microwave، Lockheed Martin، L-3 Communications و NASA به اندازه کافی مورد استقبال قرار گرفته و در محصولات آنها استفاده شده است.

نمی توان به صراحت گفت که کدام مدولاسیون در پهنای باند قرن بیست و یکم استفاده خواهد شد. هر سال بر حجم اطلاعات در جهان افزوده می شود، بنابراین اطلاعات بیشتر و بیشتری از طریق کانال های ارتباطی منتقل می شود. از آنجایی که طیف فرکانس یک منبع طبیعی منحصر به فرد است، نیاز به طیف مورد استفاده توسط سیستم انتقال به طور مداوم افزایش می یابد. بنابراین، انتخاب کارآمدترین روش مدولاسیون در توسعه دسترسی پهن باند همچنان یکی از مهمترین مسائل است.

از تئوری ارتباطات مشخص شده است که BPSK بالاترین ایمنی در برابر نویز را دارد. اما در برخی موارد با کاهش مصونیت نویز کانال ارتباطی می توان توان عبوری آن را افزایش داد. علاوه بر این، با استفاده از کدگذاری تصحیح خطا، می توان منطقه تحت پوشش سیستم ارتباط سیار را با دقت بیشتری برنامه ریزی کرد.

مدولاسیون فاز چهار موقعیت از چهار مقدار فاز موج حامل استفاده می کند. در این حالت، فاز y(t) سیگنال توصیف شده توسط عبارت (25) باید چهار مقدار داشته باشد: 0 درجه، 90 درجه، 180 درجه و 270 درجه. با این حال، مقادیر فاز دیگر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند: 45 درجه، 135 درجه، 225 درجه و 315 درجه. این نوع نمایش مدولاسیون فاز مربعی در شکل 1 نشان داده شده است.

همین شکل مقادیر بیت های ارسال شده توسط هر حالت فاز موج حامل را نشان می دهد. هر حالت دو بیت اطلاعات مفید را به طور همزمان ارسال می کند. در این حالت، محتوای بیت ها به گونه ای انتخاب می شود که انتقال به حالت همسایه فاز موج حامل به دلیل خطای دریافت منجر به بیش از یک بیت خطا نمی شود.

به طور معمول، یک مدولاتور مربعی برای تولید سیگنال مدولاسیون QPSK استفاده می شود. برای پیاده سازی یک مدولاتور ربع به دو ضریب و . ورودی‌های ضرب‌کننده‌ها را می‌توان مستقیماً در کد NRZ به جریان‌های بیت ورودی وارد کرد. چنین مدولاتوری در شکل 2 نشان داده شده است.

از آنجایی که در این حالت دو بیت از جریان بیت ورودی در طول یک بازه نماد ارسال می شود، نرخ نماد این نوع مدولاسیون 2 بیت در هر نماد است. این بدان معنی است که هنگام اجرای مدولاتور، جریان ورودی باید به دو جزء تقسیم شود - جزء درون فاز I و جزء مربعات Q. همگام سازی بلوک های بعدی باید با نرخ نماد انجام شود.

با این پیاده سازی، طیف سیگنال در خروجی مدولاتور نامحدود است و شکل تقریبی آن در شکل 3 نشان داده شده است.

به طور طبیعی، این سیگنال را می توان با استفاده از فیلتر باند گذر موجود در خروجی مدولاتور در طیف محدود کرد، اما این هرگز انجام نمی شود. فیلتر Nyquist بسیار کارآمدتر عمل می کند. بلوک دیاگرام مدولاتور مربعی سیگنال QPSK که با استفاده از فیلتر Nyquist ساخته شده است، در شکل 4 نشان داده شده است.

فیلتر Nyquist فقط با استفاده از فناوری دیجیتال قابل پیاده سازی است، بنابراین، در مدار نشان داده شده در شکل 4، یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) در جلوی مدولاتور مربعی ارائه شده است. یکی از ویژگی های فیلتر Nyquist این است که در فواصل بین نقاط مرجع، سیگنال در ورودی آن وجود ندارد، بنابراین در ورودی آن یک پالس شکل دهنده وجود دارد که تنها در زمان نقاط مرجع سیگنال را به خروجی خود ارسال می کند. . بقیه زمان ها یک سیگنال صفر در خروجی آن وجود دارد.

نمونه ای از شکل سیگنال دیجیتال ارسالی در خروجی فیلتر Nyquist در شکل 5 نشان داده شده است. سیگنال روی نمودار به دلیل نرخ نمونه برداری نسبتاً بالا پیوسته به نظر می رسد.

از آنجایی که از فیلتر Nyquist در فرستنده برای محدود کردن طیف سیگنال رادیویی استفاده می شود، هیچ اعوجاج بین نمادی در سیگنال فقط در نقاط سیگنال وجود ندارد. این به وضوح در نمودار چشمی سیگنال Q نشان داده شده در شکل 6 دیده می شود.

علاوه بر محدود کردن طیف سیگنال، استفاده از فیلتر Nyquist منجر به تغییر در دامنه سیگنال تولید شده می شود. در فواصل بین نقاط مرجع سیگنال، دامنه می تواند نسبت به مقدار اسمی افزایش یابد یا تقریباً به صفر کاهش یابد.

برای ردیابی تغییرات هم در دامنه سیگنال QPSK و هم در فاز آن، بهتر است از نمودار برداری استفاده کنید. نمودار برداری همان سیگنالی که در شکل های 5 و 6 نشان داده شده است در شکل 7 نشان داده شده است.

تغییر در دامنه سیگنال QPSK در اسیلوگرام سیگنال QPSK در خروجی مدولاتور نیز قابل مشاهده است. مشخصه ترین بخش نمودار زمانی سیگنال نشان داده شده در شکل های 6 و 7 در شکل 8 نشان داده شده است. در این شکل، هر دو افت در دامنه حامل سیگنال مدوله شده و افزایش مقدار آن نسبت به سطح اسمی به وضوح مشاهده می شود. قابل رویت.

سیگنال های شکل 5 ... 8 برای مورد استفاده از فیلتر Nyquist با ضریب گرد a = 0.6 نشان داده شده است. هنگام استفاده از فیلتر Nyquist با مقدار کمتری از این ضریب، تأثیر لوب‌های جانبی پاسخ ضربه فیلتر Nyquist قوی‌تر خواهد بود و چهار مسیر سیگنال به وضوح قابل مشاهده در شکل‌های 6 و 7 در یک منطقه پیوسته ادغام می‌شوند. علاوه بر این، افزایش دامنه سیگنال نسبت به مقدار اسمی افزایش می یابد.

وجود مدولاسیون دامنه سیگنال منجر به این واقعیت می شود که در سیستم های ارتباطی با استفاده از این نوع مدولاسیون، استفاده از تقویت کننده توان بسیار خطی ضروری است. متأسفانه، چنین تقویت کننده های قدرت راندمان پایینی دارند.

مدولاسیون فرکانس با حداقل فاصله فرکانس به شما این امکان را می دهد که پهنای باند اشغال شده توسط یک سیگنال رادیویی دیجیتال روی هوا را کاهش دهید. با این حال، حتی این نوع مدولاسیون تمام الزامات سیستم های رادیویی سیار مدرن را برآورده نمی کند. معمولا سیگنال MSK در فرستنده رادیویی با فیلتر معمولی فیلتر می شود. به همین دلیل است که نوع دیگری از مدولاسیون با طیف باریک‌تری از فرکانس‌های رادیویی روی هوا ظاهر شده است.

ادبیات:

1. "طراحی گیرنده های رادیویی" ویرایش. A.P. Sievers - M.: "مدرسه عالی" 1976 ص 6
2. Palshkov V.V. "گیرنده های رادیویی" - M .: "رادیو و ارتباطات" 1984 ص 32

همراه با مقاله "مدولاسیون فاز چهار موقعیت (QPSK)" بخوانید:

http://site/UGFSvSPS/modul/DQPSK/

http://website/UGFSvSPS/modul/BPSK/

http://site/UGFSvSPS/modul/GMSK/

http://site/UGFSvSPS/modul/FFSK/

• با مدولاسیون مربعی با شیفت QPSK (افست QPSK) حرکات فاز یک بار (یک بار) نقطه سیگنال به 90 درجه محدود می شود. حرکات همزمان آن در امتداد کانال های I و Q، یعنی. انتقال 180 درجه امکان پذیر نیست، که از حرکت نقطه سیگنال به سمت صفر جلوگیری می کند

یکی از معایب مدولاسیون فاز مربعی متعارف این است که تغییر همزمان نمادها در هر دو کانال مربعات مدولاتور در سیگنال QPSK باعث پرش فاز حامل 180 درجه می شود. هنگام تشکیل یک سیگنال QPSK معمولی، در این لحظه، نقطه سیگنال از طریق صفر حرکت می کند، یعنی حرکات نقطه سیگنال 180 درجه وجود دارد. در زمان این جنبش، کاهش دامنه سیگنال RF تولید شدهبه صفر برسد.

چنین تغییرات قابل توجهی سیگنال نامطلوب است، زیرا منجر به افزایش پهنای باند سیگنال می شود. برای تقویت چنین سیگنالی که دینامیک قابل توجهی دارد، مسیرهای انتقال بسیار خطی و به ویژه تقویت کننده های توان مورد نیاز است. ناپدید شدن سیگنال RF در لحظه ای که نقطه سیگنال از صفر عبور می کند نیز کیفیت عملکرد سیستم های هماهنگ سازی تجهیزات رادیویی را بدتر می کند.

شکل زیر حرکت نقطه سیگنال در نمودار برداری را برای دو نماد اول دنباله مقایسه می کند - از حالت 11 تا 01 برای QPSK سنتی و برای QPSK جابجا شده.

مقایسه حرکات نقطه سیگنال با QPSK (چپ) و OQPSK (راست) برای دو نماد 11 01

تعدادی از اصطلاحات برای تعیین OQPSK استفاده می شود: QPSK تغییر یافته، QPSK افست، مدولاسیون QPSK با تغییر، PM چهار فاز با تغییر. این مدولاسیون، به عنوان مثال، در سیستم های CDMA برای سازماندهی یک کانال ارتباطی بالادست، در دستگاه های استاندارد ZigBee استفاده می شود.

• تشکیل OQPSK
  

مدولاسیون OQPSK از کدگذاری سیگنال مشابه QPSK استفاده می کند. تفاوت این است که حرکت از یک حالت مدولاسیون به حالت دیگر (از یک نقطه در صورت فلکی به نقطه دیگر) در دو مرحله انجام می شود. ابتدا در لحظه ساعت در ابتدای نماد، جزء I و بعد از نصف نماد، جزء Q (یا برعکس) تغییر می کند.
برای انجام این کار، مولفه‌های مربعی توالی اطلاعات I(t) و Q(t) در زمان با مدت زمان یک عنصر اطلاعاتی T=Ts/2 جابه‌جا می‌شوند، یعنی. همانطور که در شکل نشان داده شده است، نصف طول کاراکتر.

تولید سیگنال های QPSK و OQPSK برای دنباله 110100101110010011

با چنین تغییری از سیگنال های مؤلفه، هر تغییر در فاز سیگنال تولید شده، که به نوبه خود توسط سیگنال های ربع تولید می شود، تنها توسط یک عنصر از توالی اطلاعات اصلی تعیین می شود، و نه با دو به طور همزمان (dibit)، همانطور که در QPSK. در نتیجه، هیچ انتقال فازی تا 180 درجه وجود ندارد، زیرا هر عنصر از توالی اطلاعات اصلی که وارد ورودی مدولاتور کانال درون فازی یا مربعی می‌شود می‌تواند باعث تغییر فاز تنها 0، 90+ یا 90- درجه شود. .

حرکات فاز تیز نقطه سیگنال در طول تشکیل سیگنال OQPSK در مقایسه با QPSK دو برابر بیشتر رخ می دهد، زیرا سیگنال های مؤلفه به طور همزمان تغییر نمی کنند، اما واضح نیستند. به عبارت دیگر، بزرگی انتقال فاز در OQPSK کمتر از QPSK است، اما فرکانس آنها دو برابر بیشتر است.

فرکانس انتقال فاز سیگنال های QPSK و OQPSK برای یک دنباله بیت تکراری 1101

در یک مدار مدولاتور مربعی سنتی، شکل‌دهی سیگنال QPSK را می‌توان با اعمال تأخیر در اجزای سیگنال دیجیتال با مدت زمان بیت T در یکی از کانال‌های مربعی کنترل به دست آورد.

اگر از فیلتر مناسب در تولید OQPSK استفاده شود، حرکت بین نقاط مختلف صورت فلکی سیگنال را می توان تقریباً به طور کامل در یک دایره (شکل) انجام داد. در نتیجه، دامنه سیگنال تولید شده تقریبا ثابت می ماند.

جایی که A و φ 0 ثابت هستند، ω فرکانس حامل است.

اطلاعات توسط فاز φ(t) کدگذاری می شود. از آنجایی که، با دمدولاسیون منسجم، گیرنده دارای یک حامل بازیابی شده s C (t) = Acos (ωt + φ 0) است، سپس با مقایسه سیگنال (2) با حامل، تغییر فاز فعلی φ(t) محاسبه می شود. تغییر فاز φ(t) یک به یک مربوط به سیگنال اطلاعاتی c(t) است.

مدولاسیون فاز باینری (BPSK - BinaryPhaseShiftKeying)

به مجموعه مقادیر سیگنال اطلاعاتی (0،1) مطابقت یک به یک با مجموعه تغییرات فاز (0، π) اختصاص داده می شود. هنگامی که مقدار سیگنال اطلاعات تغییر می کند، فاز سیگنال رادیویی 180 درجه تغییر می کند. بنابراین، سیگنال BPSK می تواند به صورت نوشته شود

از این رو، س(تی)=آ⋅2(ج(تی)-1/2)cos(ωt + φ 0). بنابراین، برای اجرای مدولاسیون BPSK، کافی است سیگنال حامل را در سیگنال اطلاعات ضرب کنیم که دارای مجموعه ای از مقادیر (-1،1) است. در خروجی مدولاتور باند پایه، سیگنال ها

I(t)= آ⋅2(ج(تی)-1/2)، Q(t)=0

شکل موج زمان و صورت فلکی آن در شکل 3 نشان داده شده است.

برنج. 12. شکل زمان و صورت فلکی سیگنال سیگنال BPSK: a – پیام دیجیتال. ب - سیگنال تعدیل کننده؛ (ج) نوسان HF مدوله شده. جی- صورت فلکی سیگنال

مدولاسیون فاز چهارگانه (QPSK - QuadraturePhaseShiftKeying)

مدولاسیون فاز چهارتایی یک مدولاسیون فاز چهار سطحی (M=4) است که در آن فاز نوسان فرکانس بالا می تواند 4 مقدار مختلف را در مراحلی که مضربی از π / 2 هستند به خود اختصاص دهد.

نسبت بین تغییر فاز نوسان مدوله شده از مجموعه (±π / 4، ± 3π / 4) و مجموعه نمادهای پیام دیجیتال (00، 01، 10، 11) در هر مورد خاص توسط کانال رادیویی تنظیم می شود. استاندارد و توسط یک صورت فلکی سیگنال مشابه شکل 4 نمایش داده می شود. فلش ها انتقال های احتمالی از یک حالت فاز به حالت دیگر را نشان می دهند.

برنج. 13. صورت فلکی سیگنال مدولاسیون QPSK

از شکل می توان دریافت که مطابقت بین مقادیر نمادها و فاز سیگنال به گونه ای برقرار می شود که در نقاط همسایه صورت فلکی سیگنال، مقادیر نمادهای مربوطه تنها در یک مورد متفاوت است. بیت هنگام انتقال در شرایط پر سر و صدا، محتمل ترین خطا تعیین فاز یک نقطه صورت فلکی مجاور خواهد بود. با رمزگذاری مشخص شده، علیرغم این واقعیت که در تعیین مقدار نماد خطایی رخ داده است، این با خطا در یک (نه دو) بیت اطلاعات مطابقت دارد. بنابراین، کاهش نرخ خطای بیت به دست می آید. این روش رمزگذاری کد خاکستری نامیده می شود.

مدولاسیون فاز چند موقعیتی (M-PSK)

M-PSK، مانند سایر مدولاسیون‌های چند موقعیتی، با گروه‌بندی k = log 2 M بیت‌ها در نمادها و معرفی یک تناظر یک به یک بین مجموعه ارزش نماد و مجموعه مقدار تغییر فاز شکل موج مدوله‌شده شکل می‌گیرد. مقادیر تغییر فاز از مجموعه به همان میزان متفاوت است. به عنوان مثال، شکل 4 صورت فلکی سیگنال را برای 8-PSK با کدگذاری خاکستری نشان می دهد.

برنج. 14. صورت فلکی سیگنال مدولاسیون 8-PSK

مدولاسیون فاز دامنه (QAM)

بدیهی است که برای رمزگذاری اطلاعات ارسالی، می توانید نه از یک پارامتر موج حامل، بلکه از دو پارامتر همزمان استفاده کنید.

حداقل سطح خطای نمادها اگر فاصله بین نقاط مجاور در صورت فلکی سیگنال یکسان باشد، یعنی. توزیع نقاط صورت فلکی در صفحه یکنواخت خواهد بود. بنابراین، صورت فلکی سیگنال باید دارای یک الگوی شبکه باشد. مدولاسیون با این نوع صورت فلکی سیگنال، مدولاسیون دامنه چهارگانه (QAM) نامیده می شود.

QAM مدولاسیون چند موقعیتی است. برای M=4 با QPSK مطابقت دارد، بنابراین به طور رسمی برای QAM M ≥ 8 در نظر گرفته می شود (زیرا تعداد بیت ها در هر نماد k = log 2 M ,k∈N , پس M فقط می تواند مقادیر درجه 2: 2 را بگیرد. ، 4، 8، 16 و غیره). به عنوان مثال، شکل 5 یک صورت فلکی سیگنال 16-QAM را با کدگذاری خاکستری نشان می دهد.

برنج. 15. صورت فلکی سیگنال مدولاسیون 16-QAM

انواع مدولاسیون فرکانس (FSK، MSK، M-FSK، GFSK، GMSK).

در مورد مدولاسیون فرکانس، پارامتر موج حامل - حامل اطلاعات - فرکانس حامل ω(t) است. سیگنال رادیویی مدوله شده به شکل زیر است:

که در آن ωc فرکانس مرکزی ثابت سیگنال است، ωd انحراف فرکانس (تغییر)، c(t) سیگنال اطلاعاتی، φ 0 فاز اولیه است.

اگر سیگنال اطلاعات دارای 2 مقدار ممکن باشد، مدولاسیون فرکانس باینری (FSK - FrequencyShiftKeying) انجام می شود. سیگنال اطلاعات در (4) قطبی است، یعنی. مقادیر (-1،1) را می گیرد، جایی که -1 مربوط به مقدار سیگنال اطلاعات اصلی (غیر قطبی) 0 و 1 به یک است. بنابراین، با مدولاسیون فرکانس دودویی، مجموعه مقادیر سیگنال اطلاعات اصلی (0،1) با مجموعه مقادیر فرکانس سیگنال رادیویی مدوله شده (ωc -ω d، ω c + مرتبط است. ω د ) . شکل سیگنال FSK در شکل 1.11 نشان داده شده است.

برنج. 16. سیگنال FSK: الف - پیام اطلاعاتی. ب - سیگنال تعدیل کننده؛ ج - مدولاسیون نوسان RF

از (4) اجرای مستقیم مدولاتور FSK را دنبال می کند: سیگنال های I(t) و Q(t) به شکل زیر هستند: I (t) = Acos(ω d c(t)t)، Q(t) = Asin( ω d c(t )t). از آنجایی که توابع sin و cos مقادیری را در بازه [-1..1] می گیرند، صورت فلکی سیگنال سیگنال FSK دایره ای با شعاع A است.