Modulação de Fase (Digital)Phase-shift keying (PSK) é uma digital de modulação esquema que transmite dados através da alteração, ou modular, a fase de uma referência de sinal (a onda portadora ).

Qualquer esquema de modulação digital utiliza um finito número de sinais distintos para representar os dados digitais. PSK usa um número finito de etapas, cada um atribuído a um padrão único de dígitos binários . Normalmente, cada fase codifica um número igual de bits. Cada padrão de bits forma o símbolo que é representada pela fase particular. O desmodulador , que é concebido especificamente para o conjunto de símbolos usado pelo modulador, determina a fase do sinal recebido e mapeia-lo de volta para o símbolo que representa, portanto, a recuperação dos dados originais. Isto exige que o receptor seja capaz de comparar a fase do sinal recebido para um sinal de referência, - um sistema deste tipo é denominado coerente (e referido como CPSK).

Alternativamente, em vez de operar com respeito a uma onda de referência constantes, a transmissão pode operar em relação a si mesma. Alterações na fase de uma forma de onda de emissão única podem ser considerados os itens significativos. Neste sistema, o desmodulador determina as mudanças na fase do sinal recebido, em vez de na fase (em relação a uma onda de referência) em si. Uma vez que este sistema depende da diferença entre as fases sucessivas, que é denominado keying diferencial de mudança de fase (DPSK). DPSK pode ser significativamente mais simples de implementar do que PSK comum uma vez que não há necessidade para o desmodulador de ter uma cópia do sinal de referência para determinar a fase exacta do sinal recebido (é um esquema não-coerente). Em troca, ele produz demodulations mais errôneas.

Introdução

Existem três classes principais de modulação digital técnicas utilizadas para a transmissão de digitalmente dados representados:

Amplitude-shift keying (ASK)

Frequency-shift keying (FSK)

Da modulação de fase (PSK)

Todos transmitir dados, alterando alguns aspectos de um sinal de base, a onda portadora (geralmente uma sinusóide ), em resposta a um sinal de dados. No caso do PSK, a fase é alterada para representar o sinal de dados. Existem dois modos fundamentais de utilizar a fase de um sinal, desta forma:

Exibindo a fase em si como transmitindo a informação, caso em que o desmodulador de ter um sinal de referência para a comparação de fase do sinal recebido contra, ou

Ao ver a mudança de fase como a transmissão de informações - diferenciais esquemas, alguns dos quais não necessitam de uma portadora de referência (em certa medida).

Uma maneira conveniente de representar esquemas PSK está em uma constelação . Isto mostra os pontos no plano complexo , onde, neste contexto, as reais e imaginários são denominados eixos dos eixos em fase e em quadratura, respectivamente, devido a sua separação de 90 °. Tal representação em eixos perpendiculares se presta a implementação direta. A amplitude de cada ponto ao longo do eixo em fase é usado para modular a onda co-seno (ou seno) e a amplitude ao longo do eixo de quadratura para modular a onda (ou co-seno) da onda.

Em PSK, os pontos da constelação, escolhidas são normalmente posicionados com uniforme angular espaçamento em torno de um círculo . Isso dá a máxima fase de separação entre pontos adjacentes e, portanto, a melhor imunidade à corrupção. Eles estão posicionados sobre um círculo de modo que todos eles podem ser transmitidos com a mesma energia. Deste modo, os módulos dos números complexos que representam mais será o mesmo e, assim, de modo que as amplitudes necessário para o co-seno e ondas sinusoidais. Dois exemplos comuns são "phase-shift keying binário" ( BPSK ), que utiliza duas fases, e "quadratura phase-shift keying" ( QPSK ), que utiliza quatro fases, embora qualquer número de fases pode ser utilizada. Uma vez que os dados a serem transmitidos são usualmente binária, o esquema PSK é normalmente concebido com o número de pontos de constelação sendo uma potência de 2.

Definições

Para a determinação de erro-taxas matematicamente, algumas definições serão necessárias:

= Energia-por- bit

= Energia-símbolo por = com n bits por símbolo

= duração Bit

= Símbolo duração

= Noise densidade espectral de potência ( W / Hz )

= Probabilidade de erro de bit-

= Probabilidade de símbolo de erro-

dará a probabilidade de que uma única amostra tomada a partir de um processo aleatório com média zero e desvio-unidade Gaussian função densidade de probabilidade será maior ou igual a . É uma forma escalonada da função complementar de erro Gaussian :

.

O erro-taxas citados aqui são aqueles em aditivo branco Gaussiano ruído ( AWGN ). Estas taxas de erro são menores do que os computados em canais de desvanecimento , portanto, são uma boa referência teórica para comparar com.

Aplicações

Devido à simplicidade PSK, especialmente quando comparado com a sua concorrente modulação de amplitude de quadratura , que é amplamente utilizado em tecnologias existentes.

A LAN sem fio padrão, IEEE 802.11b-1999 , [ 1 ] [ 2 ] usa uma variedade de PSKs diferentes, dependendo da taxa de dados necessária. Com base na alíquota de 1 Mbit / s, ele usa DBPSK (diferencial BPSK). Para fornecer a taxa prolongada de 2 Mbit / s, é usado DQPSK. Em atingindo 5,5 Mbit / s e a taxa completa de 11 Mbit / s, QPSK é empregada, mas tem de ser acoplado com keying código complementar . Quanto maior a velocidade padrão de WLAN, IEEE 802.11g-2003 [ 1 ] [ 3 ] tem oito taxas de dados: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbit / s. Os 6 e 9 Mbit / s modos de usar OFDM modulação onde cada sub-portadora é BPSK modulada. Os 12 e 18 Mbits / s modos de usar OFDM com QPSK. Os quatro modos mais rápidos usar OFDM com as formas de modulação de amplitude em quadratura .

Devido à sua simplicidade BPSK é apropriado para de baixo custo transmissores passiva, e é usado em RFID normas como ISO / IEC 14443 , que tem sido adotada para passaportes biométricos , cartões de crédito, como American Express 's ExpressPay , e muitas outras aplicações. [ 4 ]

Bluetooth 2 vai usar -DQPSK na sua taxa mais baixa (2 Mbit / s) e 8-DPSK, na sua maior taxa (3 Mbit / s), quando a ligação entre os dois dispositivos é suficientemente robusto. Bluetooth 1 modula com Gaussian keying mínimo

turno , um sistema binário, para escolha ou modulação na versão 2 trará uma maior taxa de dados. Uma tecnologia semelhante, IEEE 802.15.4 (o padrão sem fio usado por ZigBee ) também se baseia em PSK. IEEE 802.15.4 permite a utilização de duas bandas de frequência: 868-915 MHz utilizando BPSK e em 2,4 GHz usando OQPSK.

Notavelmente ausente destes vários esquemas é 8-PSK. Isto porque o seu desempenho taxa de erro é próximo ao de 16-QAM - é apenas cerca de 0,5 dB melhor [ carece de fontes? ] -, mas sua taxa de dados é de apenas três quartos do que 16-QAM. Assim 8-PSK é frequentemente omitido normas e, como visto acima, esquemas tendem a "saltar" de QPSK para 16-QAM ( 8-QAM é possível, mas difícil de implementar).

Incluída entre as exceções é HughesNet satélite ISP. Por exemplo, o modelo de modem HN7000S (em banda KU-satcom) utiliza a modulação 8-PSK.

Chaveamento de mudança de fase binária (BPSK)

Constelação exemplo de diagrama para BPSK.

BPSK (às vezes também chamado de PRK, chaveamento de reversão de fase, ou 2PSK) é a forma mais simples de chaveamento de fase (PSK). Ele utiliza duas fases que são separadas por 180 ° e assim também pode ser denominado 2-PSK. Não importa exatamente particularmente onde os pontos de constelação são posicionados, e nesta figura são mostrados no eixo real, a 0 ° C e 180 °. Esta modulação é o mais robusto de todos os PSKs uma vez que leva o mais alto nível de ruído ou distorção para fazer o demodulador chegar a uma decisão incorreta. É, no entanto, apenas capaz de modular a 1 bit / símbolo (como pode ser visto na figura) e por isso não é adequada para dados de alta taxa de pedidos.

Na presença de um desvio de fase arbitrária introduzida pelo canal de comunicações , o desmodulador é incapaz de dizer qual é o ponto da constelação que. Como resultado, os dados são frequentemente codificados diferencialmente antes da modulação.

BPSK é funcionalmente equivalente a 2-QAM modulação.

Implementação

A forma geral para BPSK segue a equação:

Isso produz duas fases, 0 e π. Na forma específica, os dados binários são frequentemente transportados com os seguintes sinais:

para binário "0"

para binário "1"

onde f c é a frequência da onda portadora.

Assim, o sinal de espaço pode ser representado pela única função de base

onde 1 é representado por e 0 é representado por . Esta atribuição é, evidentemente, arbitrária.

Esta utilização desta função de base é mostrado na parte final da secção seguinte de um diagrama de tempo do sinal. O sinal de nível superior é uma BPSK modulada onda co-seno que o modulador BPSK produziria. O fluxo de bits de saída que faz com que esta é mostrada acima do sinal (as outras partes desta figura são apenas relevantes para QPSK).

Taxa de Erro de bits

A taxa de erro de bit (BER) de BPSK em AWGN pode ser calculada como [ 5 ] :

ou

Uma vez que existe apenas um bit por símbolo, isto é, também a taxa de erro de símbolo.

Chaveamento de mudança de fase em quadratura (QPSK)

Diagrama de constelação para QPSK com codificação cinza . Cada símbolo adjacente difere apenas por um pouco.

Algumas vezes, isto é conhecido como quaternário PSK , PSK quadriphase , 4-PSK, ou 4 - QAM . (Embora os conceitos de raiz de QPSK e 4-QAM são diferentes, as ondas de rádio modulados resultantes são exactamente as mesmas.) QPSK utiliza quatro pontos no diagrama de constelação, equidistantes em torno de um círculo. Com quatro fases, QPSK pode codificar dois bits por símbolo, mostrados no diagrama com codificação cinzentos para minimizar a taxa de erro de bit (BER) - por vezes mal entendido como duas vezes o BER de BPSK.

A análise matemática mostra que QPSK pode ser usado tanto para o dobro da taxa de dados comparado com um sistema de BPSK, mantendo a mesma largura de banda do sinal, ou para manter a taxa de dados de BPSK mas reduzir a metade da largura de banda necessária. Neste último caso, a BER de QPSK é exatamente o mesmo como o RIC de BPSK - e decidir de forma diferente é uma confusão comum quando se considera ou descrevendo QPSK.

Tendo em conta que os canais de comunicação de rádio são atribuídas por agências como a Federal Communication Commission dando uma largura de banda (máximo) prescrito, a vantagem de QPSK sobre BPSK torna-se evidente: QPSK transmite o dobro da taxa de dados em uma determinada largura de banda em relação ao BPSK - no mesmo BER . A pena de engenharia que é pago é que os transmissores e receptores QPSK são mais complicados do que os de BPSK. No entanto, com moderna eletrônica de tecnologia, a penalidade no custo é muito moderado.

Tal como acontece com BPSK, existem problemas ambiguidade de fase no receptor, e codificados diferencialmente QPSK é frequentemente utilizado na prática.

Implementação

A implementação de QPSK é mais geral do que a de BPSK e também indica a implementação de ordem superior-PSK. Escrever os símbolos no diagrama de constelação em termos de seno e co-seno ondas usados para transmitir-lhes:

Isto produz as quatro fases π / 4, 3π / 4, 5π / 4 e 7π / 4, conforme necessário.

Isso resulta em um espaço de sinal bidimensional com unidades funções de base

A função de primeira base é utilizada como o componente de fase em do sinal e o segundo como o componente de quadratura do sinal.

Assim, a constelação de sinal consiste nos sinais espaciais-4 pontos

Os fatores de 1/2 indicam que a potência total é dividido igualmente entre as duas transportadoras.

Comparando estas funções de base com que para BPSK QPSK mostra claramente como pode ser visto como dois sinais BPSK independentes. Note-se que os pontos de sinal-espaço para BPSK não precisa dividir o símbolo (bits) de energia ao longo das duas operadoras no esquema mostrado no diagrama de constelação BPSK.

Sistemas de QPSK pode ser implementada de várias maneiras. Uma ilustração dos principais componentes do transmissor e do receptor de estrutura são mostrados abaixo.

Estrutura conceitual para transmissor QPSK. O fluxo de dados binários é dividido em componentes em fase e em quadratura de fase. Estes são, em seguida, separadamente, modulada em duas funções de base ortogonais. Nesta implementação, dois sinusóides são usados. Em seguida, os dois sinais são sobrepostos, e o sinal resultante é um sinal QPSK. Note-se a utilização de codificação de não-retorno a zero polar. Estes codificadores pode ser colocado antes para a fonte de dados binários, mas depois de ter sido colocado para ilustrar a diferença conceptual entre sinais analógicos e digitais envolvidos com modulação digital.

Estrutura receptor para QPSK. Os filtros de equilíbrio pode ser substituída por dispositivos de correlação. Cada dispositivo de detecção utiliza um valor de limiar de referência para determinar se um 1 ou 0 é detectado.

Taxa de Erro de bits

Embora QPSK pode ser visto como uma modulação quaternária, é mais fácil de ver como duas portadoras em quadratura modulados independentemente. Com esta interpretação, os pares (ou ímpar) bits são utilizados para modular a componente de fase no do transportador, enquanto os ímpares (ou mesmo) bits são utilizados para modular a componente em quadratura de fase da portadora. BPSK é usado em ambos os transportadores e podem ser independentemente desmodulado.

Como resultado, a probabilidade de erro de bit para QPSK é o mesmo que para BPSK:

No entanto, a fim de obter a probabilidade de erro de bit do mesmo como BPSK, QPSK utiliza duas vezes a potência (uma vez que dois bits são transmitidos ao mesmo tempo).

A taxa de erro de símbolo é dada por:

.

Se a relação de sinal-para-ruído é elevado (como é necessário para sistemas práticos QPSK) a probabilidade de erro de símbolo podem ser aproximadas:

Sinal QPSK no domínio do tempo

O sinal modulado é mostrado abaixo para um segmento curto de um binário aleatório de fluxo de dados. As duas ondas portadoras são uma onda co-seno e uma onda sinusoidal, tal como indicado pela análise de sinal-espaço acima. Aqui, os bits de número ímpar foram designados para o componente em fase e os bits de número par para o componente em quadratura (tendo o primeiro bit como o número 1). O sinal total - a soma dos dois componentes - é mostrado na parte inferior. Saltos na fase pode ser visto como o PSK muda a fase em cada componente, no início de cada período de bit. A forma de onda de nível superior só corresponde à descrição dada para BPSK acima.

Diagrama de tempo para QPSK. O fluxo de dados binários é mostrada por baixo do eixo do tempo. Os dois componentes de sinal com as atribuições de bits são mostradas no topo e o sinal total, combinado, na parte inferior. Observe as mudanças bruscas de fase em algum dos limites pouco período.

Os dados binários que são transmitidos por esta forma de onda é a seguinte: 1 1 0 0 0 1 1 0.

Os bits ímpares, realçado aqui, contribuem para a componente em-fase: 1 1 0 0 0 1 1 0

Os bits de pares, realçado aqui, contribuem para a componente em quadratura de fase: 1 1 0 0 0 1 1 0

Variantes

Deslocamento QPSK (OQPSK)

Sinal não atravessa zero, porque só um pouco do símbolo é alterado de cada vez

Deslocamento de quadratura de fase-shift keying ( OQPSK ) é uma variante de deslocamento de fase de modulação keying usando 4 diferentes valores de fase para transmitir. Às vezes é chamado de quadratura Staggered da modulação de fase ( SQPSK ).

Diferença de fase entre a QPSK e OQPSK

Tomando quatro valores da fase (dois pedaços ) de uma vez para a construção de um símbolo QPSK pode permitir que a fase do sinal de saltar por tanto como 180 ° de cada vez. Quando o sinal é filtrado passa baixo (como é típico de um transmissor), estes resultam de fase turnos em flutuações de grande amplitude, uma qualidade indesejável em sistemas de comunicação. Ao compensar a temporização dos bits ímpares e pares a um período de bits, ou metade de um período de símbolo, os componentes em fase e em quadratura nunca muda ao mesmo tempo. No diagrama de constelação mostrado no lado direito, pode-se observar que isso vai limitar o deslocamento de fase de não mais do que 90 ° de cada vez. Isto produz variações de amplitude muito menor do que QPSK não-deslocamento e por vezes é preferido na prática.

A figura da direita mostra a diferença no comportamento de fase entre QPSK normal e OQPSK. Pode-se observar que, no primeiro lote da fase pode mudar em 180 ° de uma só vez, enquanto que em OQPSK as mudanças não são maiores do que 90 °.

O sinal modulado é mostrado abaixo para um segmento curto de um binário aleatório de fluxo de dados. Observe o meia símbolo período de deslocamento entre as duas ondas componentes. A súbita de fase turnos ocorrer cerca de duas vezes tão frequentemente como para QPSK (uma vez que os sinais de mais nenhuma alteração em conjunto), mas elas são menos graves. Em outras palavras, a magnitude de saltos é menor em OQPSK quando comparado com QPSK.

Diagrama de tempo para a compensação-QPSK. O fluxo de dados binários é mostrada por baixo do eixo do tempo. Os dois componentes de sinal com as atribuições de bits são mostradas no topo e o sinal total, combinado, na parte inferior. Note-se a meio-período de deslocamento entre os dois componentes de sinal.

π / 4-QPSK

Constelação dupla para π/4-QPSK. Isto mostra as duas constelações idênticas separadas com codificação cinza mas com rotação de 45 ° em relação um ao outro.

Esta variante de QPSK utiliza duas constelações idênticos que são rodados por

45 ° ( radianos, daí o nome) em relação um ao outro. Normalmente, tanto os símbolos pares ou ímpares são usadas para selecionar os pontos de uma das constelações e os outros símbolos selecionar pontos da constelação outro. Isto também reduz a fase de turnos a partir de um máximo de 180 °, mas apenas para um máximo de 135 ° e de modo que as flutuações de amplitude

de QPSK-se entre OQPSK e não compensar QPSK.

Uma propriedade deste esquema de modulação possui é que, se o sinal modulado é representado no domínio complexo, ele não tem qualquer caminhos que passam pela origem. Em outras palavras, o sinal não passa através da origem. Isto reduz o intervalo dinâmico de flutuações no sinal que é desejável quando os sinais de comunicação de engenharia.

Por outro lado, QPSK-se presta a desmodulação fácil e tem sido aprovado para utilização em, por exemplo, TDMA telefone celular de sistemas.

O sinal modulado é mostrado abaixo para um segmento curto de um binário aleatório de fluxo de dados. A construção é o mesmo que acima para QPSK normal. Símbolos sucessivos são retirados das duas constelações mostrados no diagrama. Assim, o primeiro símbolo (1 1) é retirado do 'blue' constelação e o segundo símbolo (0 0) é tomado a partir da constelação "verde". Note-se que as magnitudes das duas ondas componentes mudar à medida que alternar entre as constelações, mas a magnitude do sinal total permanece constante ( envelope constante ). As mudanças de fase-estão entre os dos dois anteriores-calendário diagramas.

Diagrama de tempo para π/4-QPSK. O fluxo de dados binários é mostrada por baixo do eixo do tempo. Os dois componentes de sinal com as atribuições de bits são mostradas no topo e o sinal total, combinado, na parte inferior. Note-se que os símbolos sucessivos são tomadas alternadamente das duas constelações, começando com o "azul".

SOQPSK

A licença-livre em forma de deslocamento de QPSK (SOQPSK) é interoperável com Feher patenteada QPSK ( FQPSK ), no sentido de que uma integram-and-dump compensar detector QPSK produz o mesmo, não importa que tipo de transmissor é usado.

Estas modulações cuidadosamente moldar as formas de onda I e Q de tal modo que eles mudam muito suavemente, e o sinal-amplitude permanece constante, mesmo durante as transições de sinal. (Em vez de viajar instantaneamente de um símbolo para o outro, ou até mesmo de forma linear, que se desloca em torno do círculo suavemente constante amplitude de um símbolo para o seguinte.)

A descrição da norma SOQPSK-TG envolve símbolos ternários .

DPQPSK

Polarização dual-shift keying em quadratura de fase (DPQPSK) ou QPSK polarização dupla - envolve a polarização de multiplexação de dois sinais QPSK diferentes, melhorando assim a eficiência de espectro por um fator de 2. Isto é uma alternativa de baixo custo, a utilização de 16-PSK, em vez de QPSK para o dobro da eficiência de espectro.

PSK de Ordem Superior

Diagrama de constelação para 8-PSK com codificação Gray.

Qualquer número de fases pode ser utilizada para construir uma constelação PSK 8-PSK, mas é geralmente mais alto da constelação PSK ordem implantado. Com mais de 8 fases, a taxa de erro torna-se demasiado elevada e não são melhores, embora mais complexos, tais como modulações disponíveis Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Embora qualquer número de fases pode ser utilizado, o facto de que a constelação geralmente deve lidar com

dados binários significa que o número de símbolos é geralmente uma potência de 2 - isto permite que um número igual de bits por símbolo.

Taxa de Erro de bits

Para a geral -PSK não há expressão simples para a probabilidade de erro de símbolo-se . Infelizmente, ele só pode ser obtida em:

onde

,

,

,

e

e são conjuntamente gaussianos variáveis aleatórias .

Bit de erro de curvas de taxa de BPSK, QPSK, 8-PSK e 16-PSK, canal AWGN.

Isto pode ser aproximada por alto e alta por:

.

A probabilidade de erro de bit-por -PSK só pode ser determinado exactamente uma vez que o mapeamento de bits é conhecida. No entanto, quando a codificação cinza é usado, o erro mais provável de um símbolo para o outro produz apenas um único bit de erro e

.

(Usando codificação cinza nos permite aproximar a distância Lee dos erros como a distância de Hamming dos erros no fluxo de bits decodificada, que é mais fácil de implementar em hardware.)

O gráfico da esquerda compara as taxas de bit de erro-de BPSK, QPSK (que são os mesmos, como descrito acima), 8-PSK e 16-PSK. Vê-se que de ordem superior modulações exibem maior erro-taxas, em troca porém oferecer uma maior taxa de dados brutos.

Limites sobre as taxas de erro de vários esquemas de modulação digital pode ser calculado com a aplicação da união ligada à constelação de sinal.

Diferencial chaveamento de mudança de fase (DPSK)

Codificação Diferencial

Ver artigo principal: codificação diferencial

Differential Phase Shift Keying (DPSK) é uma forma comum de modulação de fase que transmite dados alterando a fase da onda portadora. Tal como mencionado para BPSK e QPSK de haver ambiguidade de fase, se a constelação é rodado por um efeito no canal de comunicação através do qual passa o sinal. Este problema pode ser ultrapassado usando os dados para alterar , em vez de definir a fase.

Por exemplo, em BPSK codificados diferencialmente um binário '1 'podem ser transmitidos através da adição de 180 ° para a fase de corrente e um binário '0' pela adição de 0 ° a corrente de fase. Outra variante do DPSK é simétrico Differential Phase Shift Keying, SDPSK, onde codificação seria 90 ° para um '1 'e -90 ° C durante um '0'.

Em QPSK codificados diferencialmente (DQPSK), as mudanças de fase são-0 °, 90 °, 180 °, -90 ° correspondente aos dados '00 ', '01', '11 ', '10'. Este tipo de codificação pode ser desmodulado da mesma maneira como para não diferencial PSK mas as ambiguidades de fase pode ser ignorado. Assim, cada símbolo recebido é desmodulado para um dos pontos da constelação, e um comparador , em seguida, calcula a diferença de fase entre o sinal recebido e o anterior. A diferença codifica os dados, conforme descrito acima. Simétrica diferencial Quadrature Phase Shift Keying (SDQPSK) é como DQPSK, mas a codificação é simétrica, usando os valores de fase de mudança de -135 °, 45 °, 45 ° e 135 °.

O sinal modulado é mostrada abaixo para ambas DBPSK e DQPSK, como descrito acima. Na figura, assume-se que o sinal começa com fase zero , e para que haja um deslocamento de fase de ambos os sinais a .

Diagrama de tempo para DBPSK e DQPSK. O fluxo de dados binários é acima do sinal DBPSK. Os bits individuais do sinal DBPSK são agrupados em pares para o sinal DQPSK, que só muda a cada T s = 2 T b .

A análise mostra que a codificação diferencial aproximadamente duplica a taxa de erro em relação ao normal -PSK, mas isto pode ser superado por apenas

um pequeno aumento na . Além disso, esta análise (e os resultados gráficos abaixo) baseiam-se em um sistema em que a corrupção só é aditiva Gaussian branco ruído ( AWGN ). No entanto, haverá também um canal físico entre o transmissor e receptor no sistema de comunicação. Este canal vai, em geral, apresentar uma mudança de fase desconhecida para o sinal PSK, nestes casos, os sistemas de diferenciais podem produzir uma melhor taxa de erro do que os regimes comuns que se baseiam na informação de fase precisa.

Demodulação

RIC comparação entre DBPSK, DQPSK e sua não-diferenciais formulários usando cinza-codificação e operando em ruído branco.

Para um sinal que tenha sido codificados diferencialmente, há um método alternativo óbvia de desmodulação. Em vez de desmodulação como de costume e ignorando transportador de fase ambiguidade, a fase entre dois sucessivos símbolos recebidos são comparados e utilizados para determinar que os dados devem ter sido. Quando a codificação diferencial é utilizado desta maneira, o esquema de codificação é conhecido como deslocamento de fase diferencial (DPSK). Note-se que este é ligeiramente diferente para PSK apenas codificados diferencialmente uma vez que, quando da recepção, os símbolos recebidos são não descodificados de um por um para os pontos da constelação, mas são em vez disso directamente comparados uns com os outros.

Chame o símbolo recebido no dia timeslot e deixá-lo ter fase . Suponha, sem perda de generalidade, que a fase da onda portadora é zero. Denotar o AWGN termo como . Depois

.

A variável de decisão para o dia e o símbolo th símbolo é a diferença de fase entre e . Isto é, se é projetada , a decisão é tomada sobre a fase do número resultante complexa:

onde * sobrescrito denota conjugação complexa . Na ausência de ruído, a fase deste é , o deslocamento de fase entre os dois sinais recebidos, que podem ser utilizados para determinar os dados transmitidos.

A probabilidade de erro para DPSK é difícil de calcular, em geral, mas, no caso de DBPSK é:

que, quando avaliada numericamente, é apenas um pouco pior que BPSK

normal, particularmente a elevados valores.

Usando DPSK evita a necessidade de complexos possivelmente portador de recuperação de sistemas para fornecer uma estimativa de fase precisa e pode ser uma alternativa atraente para PSK comum.

Em comunicações ópticas , os dados podem ser modulados para a fase de uma a laser de uma maneira diferencial. A modulação é um laser que emite uma onda contínua , e um modulador de Mach-Zehnder , que recebe os dados binários eléctricos. Para o caso de BPSK por exemplo, o laser transmite o binário para o campo inalterado '1 'e com polaridade invertida para '0'. O desmodulador consiste de uma linha de atraso interferómetro que atrasa um pouco, de modo que dois bits podem ser comparados de uma só vez. No processamento ulterior, um foto diodo é utilizado para transformar o campo óptico em corrente eléctrica, de modo a informação é mudado de volta para o seu estado original.

As taxas de bit de erro de-DBPSK e DQPSK são comparados com os não-diferenciais contrapartes no gráfico à direita. A perda de utilização DBPSK é suficientemente pequena em comparação com a redução da complexidade que é frequentemente usado em sistemas de comunicação que utilizam de outro modo BPSK. Para DQPSK, porém, a perda de desempenho em relação ao QPSK comum é maior e o projetista do sistema deve equilibrar isso contra a redução da complexidade.

Exemplo: BPSK codificados diferencialmente

Diferencial de codificação / decodificação diagrama do sistema.

Na chamada de faixa horária do bit a ser modulada , o bit codificados

diferencialmente e o sinal modulado resultante . Assuma que o diagrama de constelação posiciona os símbolos de ± 1 (que é BPSK). O codificador diferencial produz:

onde indica binário ou de módulo-2 de adição.

RIC comparação entre BPSK e BPSK codificados diferencialmente com operacional cinza-codificação em ruído branco.

Então, só muda de estado (de binário '0 'para binário '1' ou de binário '1 'para '0 binário') se é um binário '1 '. Caso contrário, ele permanece em seu estado anterior. Esta é a descrição de BPSK codificados diferencialmente dado acima.

O sinal recebido é desmodulado para produzir ± 1 e, em seguida, o descodificador diferencial inverte o processo de codificação e produz:

desde subtração binária é o mesmo que a adição binária.

Portanto, se e diferem entre si e , se eles forem iguais. Assim, se ambos e são invertidos , ainda será descodificado correctamente. Assim, o 180 ° fase ambigüidade não importa.

Esquemas diferenciais para modulações PSK outros podem ser criados em moldes semelhantes. As formas de onda para DPSK são os mesmos que para PSK codificados diferencialmente dada acima uma vez que a única mudança entre os dois sistemas é no receptor.

A curva de BER para este exemplo é comparado com BPSK normal à direita. Como mencionado acima, enquanto que a taxa de erro é aproximadamente o

dobro, o aumento necessário na para superar este é pequeno. O

aumento da requerida para superar a modulação diferencial em sistemas codificados, no entanto, é maior - tipicamente cerca de 3 dB. A degradação de desempenho é um resultado da transmissão noncoherent - neste caso, refere-se ao fato de que o controle da fase é completamente ignorada.

Capacidade de Canal

Dada uma banda fixa, a capacidade do canal versus SNR para alguns esquemas de modulação comuns

Como todos os sistemas de M-ário modulação com m = 2 b símbolos, quando dado acesso exclusivo para uma largura de banda fixa, a capacidade do canal de qualquer esquema de modulação de fase turno keying sobe para um máximo de b bits por símbolo como a relação de sinal-para-ruído aumenta.

Veja também

Codificação diferencial

Filtrada simétrica diferencial chaveamento de mudança de fase

Modulação - para uma visão geral de todos os esquemas de modulação

Modulação de fase (PM), - o equivalente análogo de PSK

Modulação polar

PSK31

PSK63

Notas

^ um b IEEE 802,11-1.999: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) e Camada Física (PHY) Especificações . - a abrangente especificação IEEE 802.11 [ link morto ]

^ IEEE 802.11b-1999 (R2003) - a especificação IEEE 802.11b.

^ IEEE 802.11g-2003 - a especificação IEEE 802.11g.

^ Compreendendo os requisitos da norma ISO / IEC 14443 para o tipo de proximidade B Cartões de identificação sem contato , nota de aplicação, Rev. 2056B-RFID-11/05, 2005, ATMEL

^ Communications Systems, H. Stern & S. Mahmoud, Pearson Prentice Hall, 2004, P283

Referências

A notação e os resultados teóricos neste artigo são baseadas em material apresentado nas seguintes fontes:

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