Modiwleiddio Cyfnod Digidol: BPSK, QPSK, DQPSK

Modiwleiddio Amledd Radio
Mae modiwleiddio cyfnod digidol yn ddull amlbwrpas a ddefnyddir yn helaeth o drosglwyddo data digidol yn ddi-wifr.

Yn y dudalen flaenorol, gwelsom y gallwn ddefnyddio amrywiadau arwahanol yn osgled neu amlder cludwr fel ffordd o gynrychioli rhai a sero. Ni ddylai fod yn syndod y gallwn hefyd gynrychioli data digidol gan ddefnyddio cam; gelwir y dechneg hon yn allweddi shifft cam (PSK).

Allweddi Newid Cyfnod Deuaidd
Yr enw ar y math mwyaf syml o PSK yw bysellu cam deuaidd (BPSK), lle mae “deuaidd” yn cyfeirio at ddefnyddio gwrthbwyso dau gam (un ar gyfer rhesymeg uchel, un ar gyfer rhesymeg isel).

Gallwn gydnabod yn reddfol y bydd y system yn gryfach os bydd mwy o wahaniad rhwng y ddau gam hyn - wrth gwrs, byddai'n anodd i dderbynnydd wahaniaethu rhwng symbol gyda gwrthbwyso cam o 90 ° a symbol gyda gwrthbwyso cam o 91 °. 

Dim ond 360 ° o gyfnod sydd gennym i weithio gydag ef, felly y gwahaniaeth mwyaf rhwng y cyfnodau rhesymeg-uchel a rhesymeg-isel yw 180 °. Ond gwyddom fod symud sinwsoid erbyn 180 ° yr un peth â'i wrthdroi; felly, gallwn feddwl am BPSK fel dim ond gwrthdroi'r cludwr mewn ymateb i un wladwriaeth resymeg a'i adael ar ei ben ei hun mewn ymateb i'r wladwriaeth resymeg arall.

I fynd â hyn gam ymhellach, gwyddom fod lluosi sinwsoid ag un negyddol yr un peth â'i wrthdroi. Mae hyn yn arwain at y posibilrwydd o weithredu BPSK gan ddefnyddio'r cyfluniad caledwedd sylfaenol canlynol:

Fodd bynnag, gallai'r cynllun hwn arwain yn hawdd at drawsnewidiadau llethr uchel yn nhonffurf y cludwr: os yw'r trawsnewidiad rhwng gwladwriaethau rhesymeg yn digwydd pan fydd y cludwr ar ei werth uchaf, mae'n rhaid i foltedd y cludwr symud yn gyflym i'r isafswm foltedd.




Mae digwyddiadau llethr uchel fel y rhain yn annymunol oherwydd eu bod yn cynhyrchu egni amledd uwch a allai ymyrryd â signalau RF eraill. Hefyd, mae gan chwyddseinyddion allu cyfyngedig i gynhyrchu newidiadau llethr uchel mewn foltedd allbwn.

Os ydym yn mireinio'r gweithredu uchod gyda dwy nodwedd ychwanegol, gallwn sicrhau trosglwyddiadau llyfn rhwng symbolau. Yn gyntaf, mae angen i ni sicrhau bod y cyfnod did digidol yn hafal i un neu fwy o gylchoedd cludo cyflawn. 

Yn ail, mae angen i ni gydamseru'r trawsnewidiadau digidol â tonffurf y cludwr. Gyda'r gwelliannau hyn, gallem ddylunio'r system fel bod y newid cyfnod 180 ° yn digwydd pan fydd y signal cludwr ar y groesfan sero (neu'n agos iawn ato).

 

QPSK
Mae BPSK yn trosglwyddo un darn fesul symbol, a dyna beth rydyn ni wedi arfer ag ef hyd yn hyn. Mae popeth rydyn ni wedi'i drafod o ran modiwleiddio digidol wedi tybio bod y signal cludwr yn cael ei addasu yn ôl a yw foltedd digidol yn rhesymeg yn isel neu'n rhesymeg yn uchel, ac mae'r derbynnydd yn llunio data digidol trwy ddehongli pob symbol fel naill ai 0 neu 1.

Cyn i ni drafod allweddi shifft cam pedr (QPSK), mae angen i ni gyflwyno'r cysyniad pwysig canlynol: Nid oes unrhyw reswm pam y gall un symbol drosglwyddo un darn yn unig. Mae'n wir bod byd electroneg ddigidol wedi'i adeiladu o amgylch cylchedwaith lle mae'r foltedd ar un pegwn neu'r llall, fel bod y foltedd bob amser yn cynrychioli un did digidol. 

Ond nid yw RF yn ddigidol; yn hytrach, rydym yn defnyddio tonffurfiau analog i drosglwyddo data digidol, ac mae'n hollol dderbyniol dylunio system lle mae'r tonffurfiau analog yn cael eu hamgodio a'u dehongli mewn ffordd sy'n caniatáu i un symbol gynrychioli dau (neu fwy) o ddarnau.

Cynllun modiwleiddio yw QPSK sy'n caniatáu i un symbol drosglwyddo dau ddarn o ddata. Mae pedwar rhif dau did posib (00, 01, 10, 11), ac o ganlyniad mae angen gwrthbwyso pedwar cam arnom. Unwaith eto, rydym am gael y gwahaniad mwyaf posibl rhwng yr opsiynau cyfnod, sydd yn yr achos hwn yn 90 °.

Y fantais yw cyfradd ddata uwch: os ydym yn cynnal yr un cyfnod symbol, gallwn ddyblu'r gyfradd y mae data'n cael ei symud o drosglwyddydd i dderbynnydd. Yr anfantais yw cymhlethdod system. (Efallai eich bod chi'n meddwl bod QPSK hefyd yn sylweddol fwy tueddol o gael gwallau did na BPSK, gan fod llai o wahaniad rhwng y gwerthoedd cyfnod posib. Mae hon yn dybiaeth resymol, ond os ewch chi trwy'r fathemateg mae'n ymddangos bod y tebygolrwyddau gwall mewn gwirionedd tebyg iawn.)

amrywiadau
Mae QPSK, ar y cyfan, yn gynllun modiwleiddio effeithiol. Ond gellir ei wella.

Neidiau Cyfnod
Mae QPSK safonol yn gwarantu y bydd trawsnewidiadau symbol-i-symbol llethr uchel yn digwydd; oherwydd gall y neidiau cam fod yn ± 90 °, ni allwn ddefnyddio'r dull a ddisgrifir ar gyfer y neidiau cam 180 ° a gynhyrchir gan fodiwleiddio BPSK.

Gellir lliniaru'r broblem hon trwy ddefnyddio un o ddau amrywiad QPSK. Mae gwrthbwyso QPSK, sy'n cynnwys ychwanegu oedi i un o ddwy ffrwd ddata ddigidol a ddefnyddir yn y broses fodiwleiddio, yn lleihau'r naid cam uchaf i 90 °. Dewis arall yw π / 4-QPSK, sy'n lleihau'r naid cam uchaf i 135 °. Felly mae QPSK gwrthbwyso yn well o ran lleihau amhariadau cam, ond mae π / 4-QPSK yn fanteisiol oherwydd ei fod yn gydnaws ag amgodio gwahaniaethol (a drafodir yn yr is-adran nesaf).

Ffordd arall o ddelio â diffyg parhad symbol-i-symbol yw gweithredu prosesu signal ychwanegol sy'n creu trawsnewidiadau llyfnach rhwng symbolau. Mae'r dull hwn wedi'i ymgorffori mewn cynllun modiwleiddio o'r enw bysellu sifftiau lleiaf (MSK), ac mae gwelliant hefyd ar MSK o'r enw Gaussian MSK.

Amgodio Gwahaniaethol
Anhawster arall yw bod dadgodio â thonffurfiau PSK yn anoddach na gyda thonffurfiau FSK. 

Mae amledd yn “absoliwt” yn yr ystyr y gellir dehongli newidiadau amledd bob amser trwy ddadansoddi'r amrywiadau signal mewn perthynas ag amser. Mae'r cyfnod, fodd bynnag, yn gymharol yn yr ystyr nad oes ganddo gyfeirnod cyffredinol - mae'r trosglwyddydd yn cynhyrchu'r amrywiadau cam gan gyfeirio at bwynt mewn amser, a gallai'r derbynnydd ddehongli'r amrywiadau cam gan gyfeirio at bwynt ar wahân mewn amser.

Yr amlygiad ymarferol o hyn yw'r canlynol: Os oes gwahaniaethau rhwng cam (neu amlder) yr osgiliaduron a ddefnyddir ar gyfer modiwleiddio a demodiwleiddio, daw PSK yn annibynadwy. Ac mae'n rhaid i ni dybio y bydd gwahaniaethau cyfnod (oni bai bod y derbynnydd yn ymgorffori cylchedau adfer cludwyr).

Mae QPSK gwahaniaethol (DQPSK) yn amrywiad sy'n gydnaws â derbynyddion anghydlynol (h.y., derbynyddion nad ydynt yn cydamseru'r oscillator dadgodio â'r oscillator modiwleiddio). 

Mae QPSK gwahaniaethol yn amgodio data trwy gynhyrchu shifft cam penodol o'i gymharu â'r symbol blaenorol. Trwy ddefnyddio cam y symbol blaenorol fel hyn, mae'r cylchedwaith demodiwleiddio yn dadansoddi cam symbol gan ddefnyddio cyfeirnod sy'n gyffredin i'r derbynnydd a'r trosglwyddydd.

Crynodeb
* Mae allweddi shifft cam deuaidd yn gynllun modiwleiddio syml sy'n gallu trosglwyddo un darn i bob symbol.

* Mae allweddi shifft cyfnod cwadrature yn fwy cymhleth ond mae'n dyblu'r gyfradd ddata (neu'n cyflawni'r un gyfradd ddata â hanner yr ystod band).

* Mae gwrthbwyso QPSK, π / 4-QPSK, ac allweddi shifftiau lleiaf yn gynlluniau modiwleiddio sy'n lliniaru effeithiau newidiadau foltedd symbol-i-symbol llethr uchel.

* Mae QPSK gwahaniaethol yn defnyddio'r gwahaniaeth cyfnod rhwng symbolau cyfagos i osgoi problemau sy'n gysylltiedig â diffyg cydamseriad cyfnod rhwng y trosglwyddydd a'r derbynnydd.

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon