 |
Кодирование PSK. Реализация PSK. DPSK – Относительная Фазовая Манипуляция. OQPSK – Квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом
|
|
|
|
Кодирование PSK
PSK – это метод, при котором фаза несущего сигнала соответствует определенному символу. При недифференциальном кодировании на демодулятор подается опорный сигнал, который сравнивается с входящим сигналом. Разность фаз, которая сопоставляется одному символу, впоследствии, если фаза принимаемого сигнала сдвигается на какую-товеличину от фазы опорного сигнала, сопоставляется другому символу или набору символов. Таким образом, фазу предыдущего символа знать необязательно. Это облегчает декодирование, так как ненужным становится механизм запоминания. Недостатком метода является необходимость включения демодулятора с опорным сигналом для выполнения сравнения.
С другой стороны, при дифференциальном декодировании можно сравнивать фазу входящего сигнала с фазой предыдущего декодированного символа. Здесь необходим механизм запоминания предыдущего символа, однако нет необходимости включения демодулятора с опорным сигналом, и мы можем игнорировать неопределённость в фазе несущего сигнала.
PSK широко применяется в различных технологиях, включая ZigBee, WiFi и радиочастотную идентификацию. Некоторые из приложений рассматриваются ниже.
Реализация PSK
M-PSK
Рисунок 1 (а) (b) (c)
M=2, BPSK M =4, QPSK M=8, 8-PSK
Имеется много способов реализация PSK. Можно увеличить число бит, кодирующих каждый символ (состояние) путем добавления других символов. На рисунке 1(а) показан пример Двоичной Фазовой Манипуляции (BPSK или Binary-PSK), где каждый символ кодирует один бит. На следующем рисунке 1(b) показан вариант, когда два бита кодируют символ. Данный способ называется Квадратурной Фазовой Манипуляцией (QPSK или Quadrature-PSK). На последнем рисунке, 1(с), каждый символ кодируется тремя битами. Приведенные примеры являются лишь немногими из большого количества вариантов PSK. Имеются ряд причин для увеличения количества бит, кодирующих один символ. Одной из них является увеличение количества данных, которые можно передавать по каналам за определенное время.
|
|
|
DPSK – Относительная Фазовая Манипуляция
Как рассматривалось выше, вместо включения демодулятора с опорным сигналом для сравнения фазы входящего сигнала, можно сравнивать фазу текущего символа с фазой предыдущего символа. Это и есть пример DPSK или Относительной Фазовой Манипуляции. Данная система может быть также характеризована как некогерентная. Это означает, что нет необходимости постоянно знать фазу несущего сигнала.
OQPSK – Квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом
OQPSK – так обозначают манипуляцию, при которой квадратурный компонент сигнала задерживается на половину цикла. В результате компонент в фазе (I) и квадратурный компонент (Q) никогда не изменяются одновременно. Наибольшее преимущество этого факта проявляется в процессе усиления, поскольку уровень входящего сигнала практически не изменяется в промежутках между последовательными символами. Линейные усилители остаются линейными в ограниченном диапазоне амплитуд входного сигнала, и, если можно уменьшить амплитуду, будет проще подобрать соответствующий усилитель для конкретного приложения. Кроме того, такой усилитель потребует меньше мощности, что делает его идеально подходящим для ситуаций, где используется малая мощность, как, например, в случаях с ZigBee и радиочастотной идентификацией. Лучше всего это видно при сравнении фазовых траекторий QPSK без сдвига и со сдвигом.
|
|
|
Рисунок 2
Видно, что траектория QPSK со сдвигом никогда не проходит через начало координат в отличие от QPSK без сдвига.
Применение
Аппаратная реализация
Поскольку способы PSK демодуляции несложны, при их аппаратной реализации также не возникает проблем. Например, модуляция BPSK, используемая в радиочастотной идентификации и при передаче данных в ZigBee, может быть реализована с помощью пассивных передатчиков, требующих очень малых мощностей. Так как нас интересует только фаза сигнала, основные функции для разных типов модуляции в некоторых случаях могут быть сведены к таблице соответствий, поэтому нет необходимости вычислять при помощи процессора функции sin() или cos(). Это упрощает аппаратную реализацию и программное обеспечение для цифровой обработки сигнала. В случае применения BPSK, 2 символа разделены друг от друга углом 180° и одного взгляда на месторасположение символа на оси фазы достаточно для определения, какой символ был передан.
Протоколы IEEE 802. 11a, b и g отличаются различными скоростями передачи данных. 802. 11b может передавать данные со скоростью 1 Мб/с, 5, 5 Мб/с и 11Мб/с. В каждом случае для достижения этих скоростей используются разные способы модуляции. Подобным образом 802. 11g может передавать данные на скоростях 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мб/с. Для скоростей 6 и 9 Мб/с используется цифровая модуляция BPSK, а для 12 и 18 Мб/с используется QPSK. Для остальных скоростей передачи данных используется одна из модификаций квадратурной амплитудной модуляции.
|
|
|
