حيث A وφ 0 ثابتان، ω هو تردد الموجة الحاملة.
يتم تشفير المعلومات حسب المرحلة φ(t) . وبما أنه أثناء عملية إزالة التشكيل المتماسك يكون لدى المستقبِل موجة حاملة مُعاد بناؤها s C (t) = Acos(ωt +φ 0)، ثم بمقارنة الإشارة (2) مع الموجة الحاملة، يُحسب تحول الطور الحالي φ(t). تغير الطور φ(t) هو واحد لواحد يتعلق بإشارة المعلومات c(t).
تعديل الطور الثنائي (BPSK – BinaryPhaseShiftKeying)
يتم تعيين مجموعة قيم إشارة المعلومات (0,1) بشكل فريد لمجموعة تغييرات الطور (0، π). عندما تتغير قيمة إشارة المعلومات، تتغير مرحلة إشارة الراديو بمقدار 180 درجة. وبالتالي، يمكن كتابة إشارة BPSK على النحو التالي
لذلك، س(ر)=أ⋅2(ج(ر)-1/2)cos(ωt + φ 0).وبالتالي، لتنفيذ تعديل BPSK، يكفي ضرب الإشارة الحاملة بإشارة المعلومات، التي لها العديد من القيم (-1,1). عند إخراج المغير النطاق الأساسي الإشارات
أنا(ر)= أ⋅2(ج(ر)-1/2)، س(ر)=0
يظهر الشكل الزمني للإشارة وكوكبتها في الشكل 3.
أرز. 12. الشكل الزمني وكوكبة الإشارة لإشارة BPSK: أ - رسالة رقمية؛ ب - إشارة التعديل؛ ج - تذبذب التردد العالي المعدل؛ ز- كوكبة الإشارة
تعديل الطور التربيعي (QPSK – QuadraturePhaseShiftKeying)
تعديل الطور التربيعي هو تعديل طور من أربعة مستويات (M=4)، حيث يمكن أن تأخذ مرحلة التذبذب عالي التردد 4 قيم مختلفة بزيادات π / 2.
يتم إنشاء العلاقة بين تحول الطور للتذبذب المشكل من المجموعة (± π / 4, ± 3π / 4) ومجموعة رموز الرسائل الرقمية (00، 01، 10، 11) في كل حالة محددة وفقًا لمعيار قناة الراديو ويتم عرضها بواسطة كوكبة إشارة مشابهة للشكل 4 . تشير الأسهم إلى التحولات المحتملة من حالة مرحلة إلى أخرى.
أرز. 13. كوكبة تعديل QPSK
يتبين من الشكل أن المراسلات بين قيم الرموز ومرحلة الإشارة تم إنشاؤها بطريقة تختلف قيم الرموز المقابلة عند النقاط المجاورة لكوكبة الإشارة في نقطة واحدة فقط قليل. عند الإرسال في ظروف صاخبة، فإن الخطأ الأكثر احتمالاً هو تحديد مرحلة نقطة كوكبة مجاورة. مع هذا التشفير، على الرغم من حدوث خطأ في تحديد معنى الرمز، إلا أن هذا سوف يتوافق مع خطأ في بت واحد (وليس اثنين) من المعلومات. وبالتالي، يتم تحقيق انخفاض في احتمال الخطأ في البتات. تسمى طريقة الترميز هذه بالرمز الرمادي.
تعديل الطور متعدد المواضع (M-PSK)
يتم تشكيل M-PSK، مثل التشكيلات الأخرى متعددة المواضع، من خلال تجميع k = log 2 M بتات في رموز وإدخال مراسلات واحد لواحد بين مجموعة من قيم الرموز ومجموعة من قيم تحول طور الموجة المعدلة. تختلف قيم تحول الطور من المجموعة بنفس المقدار. على سبيل المثال، يبين الشكل 4 كوكبة الإشارة لـ 8-PSK مع تشفير رمادي.
أرز. 14. كوكبة إشارة التعديل 8-PSK
أنواع طور السعة للتشكيل (QAM)
من الواضح أنه لتشفير المعلومات المرسلة، لا يمكنك استخدام معلمة موجة حاملة واحدة، بل اثنين في وقت واحد.
سيتم تحقيق الحد الأدنى من أخطاء الرمز إذا كانت المسافة بين النقاط المتجاورة في كوكبة الإشارة هي نفسها، أي. سيكون توزيع النقاط في الكوكبة موحدًا على المستوى. لذلك، يجب أن يكون لكوكبة الإشارة مظهر شبكي. يُسمى التعديل باستخدام هذا النوع من كوكبة الإشارة بتعديل السعة التربيعية (QAM - تعديل السعة التربيعية).
QAM هو تعديل متعدد المواضع. عندما M=4 يتوافق مع QPSK، لذلك يتم اعتباره رسميًا لـ QAM M ≥ 8 (نظرًا لأن عدد البتات لكل رمز k = log 2 M ,k∈N ، فإن M يمكن أن تأخذ فقط قيم القوى 2: 2، 4، 8، 16، الخ). على سبيل المثال، يُظهر الشكل 5 كوكبة إشارة 16-QAM مع تشفير رمادي.
أرز. 15. 16 – كوكبة تعديل QAM
أنواع التردد للتشكيل (FSK، MSK، M-FSK، GFSK، GMSK).
في حالة تعديل التردد، فإن معلمة اهتزاز الموجة الحاملة - حاملة المعلومات - هي تردد الموجة الحاملة ω(t). تحتوي إشارة الراديو المعدلة على الشكل:
| s(t)= Acos(ω(t)t +φ 0)= Acos(ω c t +ω d c(t)t +φ 0)= | ||
| Acos(ω c t +φ 0) cos(ω d c(t)t) − Asin(ω c t+φ 0)sin(ω d c(t)t), | ||
حيث ω c هو التردد المركزي الثابت للإشارة، ω d هو انحراف (تغيير) التردد، c(t) هي إشارة المعلومات، φ 0 هي المرحلة الأولية.
إذا كانت إشارة المعلومات تحتوي على قيمتين محتملتين، فسيتم تعديل التردد الثنائي (FSK - FrequencyShiftKeying). إشارة المعلومات في (4) قطبية، أي. يأخذ القيم (-1,1)، حيث -1 يقابل قيمة إشارة المعلومات الأصلية (غير القطبية) 0، و1 إلى واحد. وهكذا، مع تعديل التردد الثنائي، ترتبط مجموعة قيم إشارة المعلومات الأصلية (0,1) بمجموعة قيم تردد إشارة الراديو المعدلة (ω c −ω d,ω c + ω د). يظهر نوع إشارة FSK في الشكل 1.11.
أرز. 16. إشارة FSK: أ - رسالة معلومات؛ ب- تعديل الإشارة. ج – تعديل تذبذب التردد العالي
من (4) يتبع التنفيذ المباشر لمشكل FSK: الإشارات I(t) وQ(t) لها الشكل: I (t) = Acos(ω d c(t)t)، Q(t) = Asin( ω د ج(ر )ر) . نظرًا لأن الدالتين sin وcos تأخذان قيمًا في الفاصل الزمني [-1..1]، فإن كوكبة الإشارة لإشارة FSK هي دائرة نصف قطرها A.
تعديل الطور التربيعي QPSK (مفتاح تحويل الطور التربيعي) هو تعديل طور من أربعة مستويات (M = 4)، حيث يمكن أن تأخذ مرحلة تذبذب التردد اللاسلكي أربع قيم مختلفة بخطوة تساوي
π/2. كل |
قيمة المرحلة |
إشارة معدلة |
|||
يحتوي على قطعتين من المعلومات. بسبب ال |
مطلق |
||||
قيم المرحلة |
لا يهم، دعونا نختار |
||||
± π 4, ± 3 π 4. |
مراسلة |
قيم |
|||
إشارة معدلة ± π 4, ± 3 π 4 |
وتنتقل |
||||
يتم تعيين وحدات تسلسل المعلومات 00، 01، 10، 11 بواسطة الكود الرمادي (انظر الشكل 3.13) أو بعض الخوارزميات الأخرى. من الواضح أن قيم إشارة التعديل مع تعديل QPSK تتغير بمقدار النصف كما هو الحال مع تعديل BPSK (بنفس معدل نقل المعلومات).
غلاف مركب g(t) مع تشكيل QPSK
هي إشارة نطاق أساسي قطبية شبه عشوائية، ومكوناتها التربيعية، وفقًا لـ
(3.41) خذ القيم العددية ± 1 2 . حيث
تبلغ مدة كل رمز من رموز الغلاف المعقد ضعف مدة الرموز الموجودة في إشارة التعديل الرقمية الأصلية. وكما هو معروف، فإن الكثافة الطيفية لقدرة الإشارة متعددة المستويات تتزامن مع الكثافة الطيفية لقدرة الإشارة الثنائية عند
M = 4 وبالتالي T s = 2T ب . وبناء على ذلك، فإن الكثافة الطيفية لقدرة إشارة QPSK (لـ
الترددات الموجبة) على أساس المعادلة (3.28) يتم تحديدها بالتعبير:
ف(و) = ك × ( |
الخطيئة 2 |
||||
ع×(و - و |
)×2×ت |
||||
ويترتب على المعادلة (51.3) أن المسافة بين الأصفار الأولى في الكثافة الطيفية لقدرة إشارة QPSK تساوي D f = 1 T b، وهي أقل مرتين من
لتعديل BPSK. وبعبارة أخرى، فإن الكفاءة الطيفية للتشكيل التربيعي QPSK هي ضعف كفاءة التشكيل ثنائي الطور BPSK.
كوس (ωc ر ) |
||||||
التكوينية |
||||||
ث (ر) |
المشكل |
|||||
التربيع |
الأفعى |
|||||
عنصر |
||||||
هو - هي) |
الخطيئة (ωc ر ) |
|||||
التكوينية |
||||||
الشكل 3.15. إشارة المغير التربيعي QPSK
يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي لمشكل QPSK التربيعي في الشكل 3.15. يستقبل محول الكود إشارة رقمية بسرعة R. يقوم محول الكود بإنشاء مكونات التربيع للمجمع
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
المغلف وفقًا للجدول 3.2 بسرعة أقل مرتين من السرعة الأصلية. توفر مرشحات التشكيل نطاق تردد معين لإشارة التعديل (والتي تم تعديلها وفقًا لذلك). يتم توفير المكونات التربيعية لتردد الموجة الحاملة إلى مضاعفات التردد اللاسلكي من دائرة مركب التردد. عند خرج المجمع توجد إشارة QPSK معدلة s (t) في الداخل
وفقا ل(3.40).
الجدول 3.2
توليد إشارة QPSK
كوس[θk] |
|||||||||||||||
خطيئة[θk] |
|||||||||||||||
عنصر |
|||||||||||||||
أنا المكون |
|||||||||||||||
لا تحتوي إشارة QPSK، مثل إشارة BPSK، على تردد حامل في طيفها ولا يمكن استقبالها إلا باستخدام كاشف متماسك، وهو عبارة عن صورة معكوسة لدائرة المغير و
شارع) |
||||||
كوس (ωc ر ) |
||||||
استعادة |
||||||
رقمي |
||||||
الخطيئة (ωc ر ) |
||||||
هو - هي)
الشكل 3.16. إشارة مزيل التشكيل التربيعي QPSK
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
هو موضح في الشكل 3.16.
3.3.4. تعديل الطور الثنائي التفاضلي DBPSK
يؤدي الغياب الأساسي لتردد الموجة الحاملة في طيف الإشارة المعدلة في بعض الحالات إلى تعقيد غير مبرر لمزيل التشكيل في جهاز الاستقبال. لا يمكن استقبال إشارات QPSK وBPSK إلا بواسطة كاشف متماسك، والذي من الضروري لتنفيذه إما إرسال تردد مرجعي مع الإشارة، أو تنفيذ دائرة استرداد حاملة خاصة في جهاز الاستقبال. يتم تحقيق تبسيط كبير لدائرة الكاشف عندما يتم تنفيذ تعديل الطور في الشكل التفاضلي DBPSK (مفتاح تحويل الطور الثنائي التفاضلي).
فكرة الترميز التفاضلي لا تتمثل في نقل القيمة المطلقة لرمز المعلومات، بل تغييرها (أو عدم تغييرها) بالنسبة إلى القيمة السابقة. بمعنى آخر، يحتوي كل حرف مرسل لاحق على معلومات حول الحرف السابق. وبالتالي، لاستخراج المعلومات الأصلية أثناء إزالة التشكيل، من الممكن استخدام القيمة النسبية وليس المطلقة للمعلمة المعدلة لتردد الموجة الحاملة كإشارة مرجعية. يتم وصف خوارزمية الترميز الثنائي التفاضلي بالصيغة التالية:
دونك = |
م ك Å د ك −1 |
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
حيث ( m k ) هو التسلسل الثنائي الأصلي؛ (دك)-
التسلسل الثنائي الناتج؛ Å هو رمز وحدة الإضافة 2.
ويرد في الجدول 3.3 مثال على التشفير التفاضلي.
الجدول 3.3 |
||||||||||
الترميز التفاضلي للثنائي |
||||||||||
الإشارات الرقمية |
||||||||||
(د ك |
||||||||||
(د ك |
||||||||||
يتم تنفيذ التشفير التفاضلي للأجهزة في شكل دائرة تأخير إشارة لفترة زمنية تساوي مدة رمز واحد في تسلسل معلومات ثنائي ودائرة إضافة modulo 2 (الشكل 3.17).
الدائرة المنطقية |
|||||
دونك = |
|||||
م ك Å د ك −1 |
|||||
خط التأخير
الشكل 3.17. جهاز تشفير الإشارة التفاضلي DBPSK
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
يظهر في الشكل 3.18 كاشف تفاضلي غير متماسك لإشارة DBPSK بتردد متوسط.
يقوم الكاشف بتأخير النبضة المستقبلة بفاصل رمزي واحد، ثم يقوم بضرب الرموز المستقبلة والمتأخرة:
s k × s k −1 = d k sin(w c t )d k −1 × sin(w c t ) = 1 2 d k × d k −1 × .
بعد التصفية باستخدام مرشح تمرير منخفض أو مطابق
ومن الواضح أنه لا الشكل الزمني للغلاف المركب ولا التركيب الطيفي لإشارة DBPSK التفاضلية لن يختلف عن إشارة BPSK المعتادة.
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
3.3.5. تعديل طور التربيع التفاضلي π/4 DQPSK
تعديل π/4 DQPSK (مفتاح تحويل الطور التفاضلي التربيعي) هو شكل من أشكال تعديل الطور التفاضلي المصمم خصيصًا لإشارات QPSK ذات المستويات الأربعة. يمكن إزالة تشكيل هذا النوع من إشارة التشكيل بواسطة كاشف غير متماسك، كما هو الحال بالنسبة لإشارات التشكيل DBPSK.
والفرق بين التشفير التفاضلي في التشكيل π/4 DQPSK والتشفير التفاضلي في التشكيل DBPSK هو أن التغير النسبي لا يرسل في الرمز الرقمي المشكل، بل في المعلمة المشكَّلة، وهي في هذه الحالة الطور. يتم شرح خوارزمية توليد إشارة معدلة في الجدول 3.4.
الجدول 3.4
خوارزمية توليد الإشارة π/4 DQPSK
معلومة |
|||||
ny dibit |
|||||
زيادة راتب |
ϕ = π 4 |
ϕ = 3 π 4 |
ϕ = −3 π 4 |
ϕ = − π 4 |
|
زاوية المرحلة |
|||||
مكون Q |
س = الخطيئة (θk ) = الخطيئة (θk − 1 + |
||||
أنا المكون |
I = cos(θ k ) = cos(θ k − 1 + |
||||
يرتبط كل ديبت من تسلسل المعلومات الأصلي بزيادة طورية في تردد الموجة الحاملة. وتكون زيادة زاوية الطور من مضاعفات π/4. وبالتالي، فإن زاوية الطور المطلقة θ k يمكن أن تأخذ ثماني قيم مختلفة بزيادات
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
π/4، وكل مكون تربيعي للغلاف المركب هو واحد من خمس قيم محتملة:
0, ±1 2, ±1. يمكن وصف الانتقال من مرحلة واحدة من تردد الموجة الحاملة إلى أخرى باستخدام مخطط الحالة في الشكل 3.13 لـ M = 8 عن طريق اختيار القيمة المطلقة لطور تردد الموجة الحاملة من أربعة مواضع بالتناوب
يظهر الرسم التخطيطي لمشكل π/4 DQPSK في الشكل 3.19. تدخل إشارة التعديل الرقمي الثنائي الأصلية إلى محول طور الكود. في المحول، بعد تأخير الإشارة بفاصل رمز واحد، يتم تحديد قيمة القسم الحالية وزيادة الطور المقابلة φ k لتردد الموجة الحاملة. هذا
يتم تغذية زيادة الطور إلى الآلات الحاسبة لمكونات التربيع I Q للمغلف المركب (الجدول 3.3). مخرج
آلة حاسبة I Q هي من خمسة مستويات
إشارة رقمية مع مدة النبضة مرتين |
||||||||||
س = كوس(θk –1 + Δφ) |
مرشح التشكيل |
|||||||||
كوس (ωc ر ) |
||||||||||
Δφk |
||||||||||
أسبوع (ر) |
||||||||||
محول |
||||||||||
Δφk |
||||||||||
الخطيئة (ωc ر ) |
||||||||||
أنا = الخطيئة(θk –1 + Δφ) |
مرشح التشكيل |
|||||||||
الشكل 3.19. مخطط وظيفي للمغير π/4 DQPSK |
||||||||||
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
تجاوز مدة نبض الإشارة الرقمية الثنائية الأصلية. بعد ذلك، تمر مكونات التربيع I (t)، Q (t) للمغلف المعقد
مرشح التشكيل ويتم تغذيته إلى مضاعفات عالية التردد لتكوين مكونات تربيعية للإشارة عالية التردد. عند إخراج المجمع عالي التردد يوجد تشكيل كامل
إشارة π/4 DQPSK.
تم تصميم مزيل تشكيل الإشارة π/4 DQPSK (الشكل 3.20) للكشف عن المكونات التربيعية لإشارة التشكيل وله بنية مشابهة لبنية مزيل تشكيل الإشارة DBPSK. إشارة RF المدخلة r (t) = cos(ω c t + θ k) عند التردد المتوسط
ص أنا (ر)
ص (ر)
تأخير τ = تي ث
ث (ر) جهاز القرار
تحول الطور Δφ = π/2
rQ(ر)
الشكل 3.20. إشارة مزيل التشكيل π/4 DQPSK عند التردد المتوسط
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
يذهب إلى مدخلات دائرة التأخير ومضاعفات الترددات اللاسلكية. الإشارة عند خرج كل مضاعف (بعد إزالة المكونات عالية التردد) لها الشكل:
r I (t) = cos(w c t + q k) × cos(w c t + q k −1) = cos(Df k); |
||
r Q (t) = cos(w c t + q k) × sin(w c t + q k −1) = sin(Df k). |
||
يقوم الحل بتحليل إشارات النطاق الأساسي عند إخراج كل مرشح تمرير منخفض. يتم تحديد علامة وحجم الزيادة في زاوية الطور، وبالتالي قيمة dibit المستلمة. إن تنفيذ الأجهزة لمزيل التشكيل بتردد متوسط (انظر الشكل 3.20) ليس بالمهمة السهلة بسبب المتطلبات العالية لدقة واستقرار دائرة التأخير عالية التردد. نسخة أكثر شيوعاً لدائرة مزيل تشكيل الإشارة π/4 DQPSK مع النقل المباشر للإشارة المشكَّلة إلى مدى النطاق الأساسي، كما هو مبين في الشكل 21.3.
ص (ر) |
ص11 (ر) |
rQ(ر) |
|||||||||
τ = تي الصورة |
|||||||||||
كوس (ωc t + γ) |
ص1(ر) |
ص12 (ر) |
ص أنا (ر) |
||||||||
ص21(ر) |
|||||||||||
الخطيئة (ωc t + γ) |
|
ص2(ر) |
|
ص22(ر) |
|
τ = تي الصورة |
|
الشكل 3.21. إشارة مزيل التشكيل π/4 QPSK في نطاق النطاق الأساسي
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
يتيح لك النقل المباشر للإشارة المعدلة إلى نطاق النطاق الأساسي التنفيذ الكامل
نقل طيف التذبذب المعدل إلى نطاق النطاق الأساسي. الإشارات المرجعية، التي يتم توفيرها أيضًا لمدخلات مضاعفات التردد اللاسلكي، ليست مقفلة الطور مع تردد الموجة الحاملة للتذبذب المضمن. ونتيجة لذلك، فإن إشارات النطاق الأساسي عند خرج مرشحات التردد المنخفض لها إزاحة طور تعسفية، والتي يفترض أن تكون ثابتة أثناء الفاصل الزمني للرمز:
(t) = cos(w c t + q k) × cos(w c t + g) = cos(q k - g); |
|||
ص 2 (t) = cos(w c t + q k) × sin(w c t + g) = sin(q k - g), |
|||
حيث γ هو تحول الطور بين الإشارات المستقبلة والمرجعية.
يتم تغذية إشارات النطاق الأساسي المزيل تشكيلها إلى دائرتين تأخير وأربعة مضاعفات للنطاق الأساسي، عند مخرجاتها تحدث الإشارات التالية:
ص 11 (ر) = cos(q k - g) × cos(q k −1 - g); |
|
ص 22 (ر) = الخطيئة(ف ك - ز) × الخطيئة(ف ك −1 - ز); |
|
ص 12 (t) = cos(q k - g) × sin(q k −1 - g); |
ص 21 (ر) = الخطيئة(ف ك - ز) × كوس(ف ك −1 - ز).
نتيجة لجمع إشارات الخرج للمضاعفات، يتم التخلص من تحول الطور التعسفي γ، ولم يتبق سوى معلومات حول الزيادة في زاوية الطور لتردد الموجة الحاملة Δφ:
دي جي ك)؛
ص أنا (ر) = ص 12 (ر) + ص 21 (ر) =
R 12 (t) = cos(q k - g) × sin(q k −1 - g) + r 21 (t) =
Sin(q k - g ) × cos(q k −1 - g ) = sin(q k - q k −1 ) = sin(Dj k ).
تنفيذ دائرة تأخير في نطاق النطاق الأساسي و
المعالجة الرقمية اللاحقة للإشارة المزيل تشكيلها تزيد بشكل كبير من استقرار الدائرة وموثوقية استقبال المعلومات.
3.3.6. تعديل مرحلة التحول التربيعي
OQPS (إزاحة مفتاح تحويل الطور المربع) هي حالة خاصة من QPSK. يكون غلاف تردد الموجة الحاملة لإشارة QPSK ثابتًا من الناحية النظرية. ومع ذلك، عندما يكون نطاق تردد إشارة التشكيل محدودًا، تُفقد خاصية ثبات سعة الإشارة المشكلة بالطور. عند إرسال إشارات بتشكيل BPSK أو QPSK، يمكن أن يكون تغير الطور عبر فاصل رمزي π أو p 2 . حدسي
ومن الواضح أنه كلما زادت القفزة اللحظية في طور الموجة الحاملة، زاد AM المصاحب الذي يحدث عندما يكون طيف الإشارة محدودًا. في الواقع، كلما زاد حجم التغير اللحظي في سعة الإشارة عندما يتغير طورها، زاد حجم توافقيات الطيف المقابلة لهذه القفزة الزمنية. وبعبارة أخرى، عندما يكون طيف الإشارة محدودا
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
سيكون حجم AM الداخلي الناتج متناسبًا مع حجم قفزة الطور اللحظية في تردد الموجة الحاملة.
في إشارة QPSK، يمكنك تحديد أقصى قفزة لطور الموجة الحاملة إذا استخدمت إزاحة زمنية قدرها T b بين القناتين Q وI، أي. أدخل العنصر
تأخيرات قيمة T b في القناة Q أو I . الاستخدام
سيؤدي التحول الزمني إلى حقيقة أن التغيير الكامل للمرحلة الضرورية سيحدث على مرحلتين: أولاً، تتغير حالة قناة واحدة (أو لا تتغير)، ثم الأخرى. يوضح الشكل 3.22 تسلسل نبضات التعديل Q (t) وI (t) in
قنوات تربيعية لتعديل QPSK التقليدي.
س (ر)
هو - هي) |
||||||||||||||||
أنا (ر – السل) |
||||||||||||||||
2Ts |
||||||||||||||||
الشكل 3.22. تعديل الإشارات في قنوات I/Q باستخدام QPSK
وتعديل OQPSK
مدة كل نبضة هي T s = 2 T b . تتغير مرحلة الناقل عند تغيير أي رمز في I أو Q
تم إنشاء ملف PDF باستخدام الإصدار التجريبي من FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com
5. نظرة عامة على أنواع التعديل
يُطلق على تحويل التذبذب التوافقي للحامل (واحد أو أكثر من معلماته) وفقًا لقانون التغيير في تسلسل المعلومات المرسلة اسم التعديل. عند إرسال الإشارات الرقمية في شكل تناظري، فإنها تعمل بمفهوم التلاعب.
تلعب طريقة التعديل دورًا رئيسيًا في تحقيق أقصى معدل ممكن لنقل المعلومات لاحتمال معين للاستقبال الخاطئ. يمكن تقييم القدرات القصوى لنظام النقل باستخدام صيغة شانون المعروفة، والتي تحدد اعتماد السعة C لقناة مستمرة ذات ضوضاء غاوسية بيضاء على نطاق التردد المستخدم F ونسبة قوى الإشارة والضوضاء Pc/ PSH.
حيث الكمبيوتر هو متوسط قوة الإشارة؛
PSh هو متوسط قدرة الضوضاء في نطاق التردد.
يتم تعريف عرض النطاق الترددي على أنه الحد الأعلى لمعدل نقل المعلومات الفعلي V. يتيح لنا التعبير أعلاه العثور على الحد الأقصى لقيمة معدل الإرسال الذي يمكن تحقيقه في قناة غوسية بقيم معينة: عرض نطاق التردد الذي يتم النقل (DF) ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (PC/RSH).
يتم تحديد احتمال الاستقبال الخاطئ للبتة في نظام إرسال معين بنسبة PC/РШ. ويترتب على صيغة شانون أن الزيادة في معدل الإرسال المحدد V/DF تتطلب زيادة في تكاليف الطاقة (PC) لكل بت. يظهر الشكل اعتماد سرعة الإرسال المحددة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء. 5.1.
الشكل 5.1 - اعتماد سرعة الإرسال المحددة على نسبة الإشارة إلى الضوضاء
يمكن وصف أي نظام نقل بنقطة تقع أسفل المنحنى الموضح في الشكل (المنطقة ب). يُطلق على هذا المنحنى غالبًا اسم الحد أو حد شانون. بالنسبة لأي نقطة في المنطقة B، من الممكن إنشاء نظام اتصالات يمكن أن تكون احتمالية الاستقبال الخاطئ فيه صغيرة بقدر ما هو مطلوب.
تتطلب أنظمة نقل البيانات الحديثة ألا يكون احتمال حدوث خطأ غير مكتشف أعلى من 10-4...10-7.
في تكنولوجيا الاتصالات الرقمية الحديثة، الأكثر شيوعا هي تعديل التردد (FSK)، تعديل الطور النسبي (DPSK)، تعديل الطور التربيعي (QPSK)، تعديل مرحلة الإزاحة (الإزاحة)، يشار إليه باسم O-QPSK أو SQPSK، تعديل السعة التربيعية ( قم).
مع تعديل التردد، تتوافق القيم "0" و "1" لتسلسل المعلومات مع ترددات معينة للإشارة التناظرية ذات السعة الثابتة. يعد تعديل التردد مقاومًا جدًا للضوضاء، لكن تعديل التردد يهدر عرض النطاق الترددي لقناة الاتصال. ولذلك، يُستخدم هذا النوع من التعديل في البروتوكولات منخفضة السرعة التي تسمح بالاتصال عبر القنوات ذات نسبة الإشارة إلى الضوضاء المنخفضة.
مع تعديل الطور النسبي، اعتمادًا على قيمة عنصر المعلومات، يتغير طور الإشارة فقط بينما يظل السعة والتردد دون تغيير. علاوة على ذلك، لا ترتبط كل بتة معلومات بالقيمة المطلقة للمرحلة، ولكن بتغيرها بالنسبة إلى القيمة السابقة.
في كثير من الأحيان، يتم استخدام DPSK رباعي الطور، أو DPSK مزدوج، بناءً على إرسال أربع إشارات، كل منها تحمل معلومات حول بتتين (dibit) من التسلسل الثنائي الأصلي. عادةً ما يتم استخدام مجموعتين من المراحل: اعتمادًا على قيمة القسم (00 أو 01 أو 10 أو 11)، يمكن أن يتغير طور الإشارة إلى 0 درجة، 90 درجة، 180 درجة، 270 درجة أو 45 درجة، 135 درجة، 225 درجة °، 315 درجة على التوالي. في هذه الحالة، إذا كان عدد البتات المشفرة أكثر من ثلاث (8 مواضع دوران الطور)، فإن مناعة الضوضاء لـ DPSK تنخفض بشكل حاد. ولهذا السبب، لا يُستخدم DPSK لنقل البيانات عالي السرعة.
تُستخدم مودمات تشكيل الطور رباعي المواضع أو التربيعية في الأنظمة التي تكون فيها الكفاءة الطيفية النظرية لأجهزة إرسال BPSK (1 بت/(s·هرتز)) غير كافية لعرض النطاق المتوفر. تُستخدم تقنيات إزالة التشكيل المختلفة المستخدمة في أنظمة BPSK أيضًا في أنظمة QPSK. بالإضافة إلى التوسع المباشر لطرق التشكيل الثنائي في حالة QPSK، يُستخدم أيضًا التشكيل ذو 4 مواضع مع الإزاحة (الإزاحة). بعض أنواع QPSK وBPSK موضحة في الجدول. 5.1.
مع تعديل السعة التربيعية، يتغير كل من طور وسعة الإشارة، مما يسمح لك بزيادة عدد البتات المشفرة وفي نفس الوقت تحسين مناعة الضوضاء بشكل كبير. حاليًا، يتم استخدام طرق التعديل التي يمكن أن يصل فيها عدد بتات المعلومات المشفرة في فاصل بود واحد إلى 8...9، ويمكن أن يصل عدد مواضع الإشارة في مساحة الإشارة إلى 256...512.
الجدول 1.5 - أنواع QPSK وBPSK
| ثنائي PSK | PSK بأربعة أوضاع | وصف قصير |
| ببسك | QPSK | BPSK وQPSK المتماسكان التقليديان |
| ديبسك | DEQPSK | BPSK وQPSK متماسكان تقليديان مع تشفير نسبي وSVN |
| دبسك | دقبسك | QPSK مع إزالة تشكيل الارتباط التلقائي (بدون EHV) |
| FBPSK | BPSK أو QPSK مع معالج Feer الحاصل على براءة اختراع والمناسب لأنظمة التضخيم غير الخطية QPSK مع التحول (الإزاحة) QPSK مع التحول والتشفير النسبي QPSK مع معالجات Shift وFeer الحاصلة على براءة اختراع QPSK مع التشفير النسبي وتحول الطور بمقدار p/4 |
يعد التمثيل التربيعي للإشارات وسيلة مريحة وعالمية إلى حد ما لوصفها. التمثيل التربيعي هو التعبير عن الاهتزاز كمجموعة خطية من مكونين متعامدين - الجيب وجيب التمام:
S(t)=x(t)sin(wt+(j))+y(t)cos(wt+(j)))، (5.2)
حيث x(t) وy(t) كميات منفصلة ثنائية القطب.
يتم تنفيذ هذا التعديل المنفصل (المعالجة) عبر قناتين على موجات حاملة يتم إزاحتها بمقدار 90 درجة بالنسبة لبعضها البعض، أي. تقع في التربيع (ومن هنا جاء اسم طريقة التمثيل وتوليد الإشارة).
دعونا نشرح تشغيل الدائرة التربيعية (الشكل 5.2) باستخدام مثال توليد إشارات QPSK.
الشكل 5.2 - دائرة المغير التربيعي
يتم تقسيم التسلسل الأصلي للرموز الثنائية للمدة T، باستخدام سجل التحول، إلى نبضات Y فردية، والتي يتم توفيرها للقناة التربيعية (coswt)، وحتى نبضات X، يتم توفيرها للقناة في الطور (sinwt). يصل كلا تسلسل النبضات إلى مدخلات أدوات تشكيل النبض المتلاعبة المقابلة، عند مخرجاتها يتم تشكيل تسلسل النبضات ثنائية القطب x(t) وy(t).
تتمتع نبضات المعالجة بسعة ومدة 2T. تصل النبضتان x(t) وy(t) إلى مدخلات مضاعفات القناة، حيث تتشكل عند مخرجاتها تذبذبات مشكلة على مرحلتين. وبعد الجمع، فإنها تشكل إشارة QPSK.
يتميز التعبير أعلاه لوصف الإشارة بالاستقلال المتبادل لنبضات المعالجة متعددة المستويات x(t)، y(t) في القنوات، أي. قد يتوافق مستوى واحد في إحدى القنوات مع مستوى واحد أو صفر في قناة أخرى. ونتيجة لذلك، تتغير إشارة الخرج للدائرة التربيعية ليس فقط في الطور، ولكن أيضًا في السعة. وبما أن معالجة السعة تتم في كل قناة، فإن هذا النوع من التعديل يسمى تعديل السعة التربيعية.
باستخدام تفسير هندسي، يمكن تمثيل كل إشارة QAM كمتجه في مساحة الإشارة.
من خلال تحديد نهايات المتجهات فقط، بالنسبة لإشارات QAM، نحصل على صورة على شكل نقطة إشارة، يتم تحديد إحداثياتها بالقيمتين x(t) وy(t). تشكل مجموعة نقاط الإشارة ما يسمى بكوكبة الإشارة.
في التين. يوضح الشكل 5.3 مخطط كتلة المغير، والشكل. 4.5 - كوكبة الإشارة في الحالة التي تأخذ فيها x(t) وy(t) القيم ±1, ±3 (QAM-4).
الشكل 5.4 - مخطط إشارة QAM-4
تحدد القيم ±1، ±3 مستويات التشكيل وهي نسبية بطبيعتها. تحتوي الكوكبة على 16 نقطة إشارة، كل منها يتوافق مع أربع بتات معلومات مرسلة.
مزيج من المستويات ±1، ±3، ±5 يمكن أن يشكل كوكبة من 36 نقطة إشارة. ومع ذلك، من بين هذه البروتوكولات، تستخدم بروتوكولات ITU-T 16 نقطة فقط موزعة بالتساوي في مساحة الإشارة.
هناك عدة طرق لتطبيق QAM-4 عمليًا، وأكثرها شيوعًا هو ما يسمى بطريقة تعديل التراكب (SPM). يستخدم المخطط الذي ينفذ هذه الطريقة اثنين من QPSKs متطابقين (الشكل 5.5).
باستخدام نفس التقنية للحصول على QAM، يمكنك الحصول على رسم تخطيطي للتنفيذ العملي لـ QAM-32 (الشكل 5.6).
الشكل 5.5 - دائرة المشكل QAM-16
الشكل 5.6 - دائرة المشكل QAM-32
يتم الحصول على QAM-64 وQAM-128 وQAM-256 بنفس الطريقة. لا يتم تقديم مخططات للحصول على هذه التشكيلات بسبب طبيعتها المرهقة.
ومن المعروف من نظرية الاتصالات أنه مع وجود عدد متساو من النقاط في كوكبة الإشارة، تختلف مناعة الضوضاء لنظامي QAM وQPSK. مع وجود عدد كبير من نقاط الإشارة، يكون طيف QAM مطابقًا لطيف إشارات QPSK. ومع ذلك، تتمتع إشارات QAM بأداء أفضل من أنظمة QPSK. والسبب الرئيسي لذلك هو أن المسافة بين نقاط الإشارة في نظام QPSK أصغر من المسافة بين نقاط الإشارة في نظام QAM.
في التين. ويبين الشكل 7.5 كوكبات الإشارة للنظامين QAM-16 وQPSK-16 بنفس قوة الإشارة. يتم تحديد المسافة d بين النقاط المتجاورة لكوكبة الإشارة في نظام QAM مع مستويات التشكيل L بواسطة التعبير:
(5.3)
وبالمثل بالنسبة لـ QPSK:
(5.4)
حيث M هو عدد المراحل.
ويترتب على التعبيرات المذكورة أعلاه أنه مع زيادة قيمة M ونفس مستوى القدرة، تكون أنظمة QAM أفضل من أنظمة QPSK. على سبيل المثال، مع M=16 (L = 4) dQAM = 0.47 وdQPSK = 0.396، ومع M=32 (L = 6) dQAM = 0.28، dQPSK = 0.174.
وبالتالي، يمكننا القول أن QAM أكثر كفاءة مقارنةً بـ QPSK، والذي يسمح باستخدام المزيد من التعديل متعدد المستويات بنفس نسبة الإشارة إلى الضوضاء. ولذلك، يمكننا أن نستنتج أن خصائص QAM ستكون الأقرب إلى حدود شانون (الشكل 5.8) حيث: 1 - حدود شانون، 2 - QAM، 3 - موضع M ARC، 4 - موضع M PSK.
الشكل 8.5 - اعتماد الكفاءة الطيفية لمختلف التشكيلات على النسبة C/N
بشكل عام، تتمتع أنظمة QAM ذات الكسب الخطي M-position مثل 16-QAM و64-QAM و256-QAM بكفاءة طيفية أعلى من الكسب الخطي QPSK، الذي يبلغ حد الكفاءة النظرية 2 بت/(s∙هرتز) .
إحدى السمات المميزة لـ QAM هي انخفاض قيم الطاقة خارج النطاق (الشكل 5.9).
الشكل 5.9 - طيف الطاقة لـ QAM-64
يرتبط استخدام QAM متعدد المواضع في شكله النقي بمشكلة عدم كفاية المناعة ضد الضوضاء. لذلك، في جميع البروتوكولات الحديثة عالية السرعة، يتم استخدام QAM جنبًا إلى جنب مع تشفير الشبكة (TCM). تحتوي كوكبة إشارة TCM على نقاط إشارة (مواضع الإشارة) أكثر مما هو مطلوب للتشكيل بدون تشفير تعريشة. على سبيل المثال، يتم تحويل QAM 16 بت إلى كوكبة 32-QAM ذات ترميز تعريشي. توفر نقاط الكوكبة الإضافية تكرار الإشارة ويمكن استخدامها لاكتشاف الأخطاء وتصحيحها. يقدم التشفير التلافيفي مع TCM التبعية بين نقاط الإشارة المتعاقبة. وكانت النتيجة تقنية تعديل جديدة تسمى تعديل التعريشة. يُطلق على مجموعة من كود QAM محدد مقاوم للضوضاء تم اختياره بطريقة معينة اسم بنية كود الإشارة (SCC). تتيح أنظمة SCM زيادة مناعة الضوضاء لنقل المعلومات إلى جانب تقليل متطلبات نسبة الإشارة إلى الضوضاء في القناة بمقدار 3 - 6 ديسيبل. أثناء عملية إزالة التشكيل، يتم فك تشفير الإشارة المستقبلة باستخدام خوارزمية فيتربي. وهذه الخوارزمية، من خلال استخدام التكرار المقدم ومعرفة تاريخ عملية الاستقبال، هي التي تسمح، باستخدام معيار الاحتمال الأقصى، باختيار النقطة المرجعية الأكثر موثوقية من مساحة الإشارة.
يتيح لك استخدام QAM-256 إرسال 8 حالات إشارة، أي 8 بتات، في باود واحد. يتيح لك ذلك زيادة سرعة نقل البيانات بشكل ملحوظ. لذلك، مع عرض نطاق إرسال Df = 45 كيلو هرتز (كما في حالتنا)، يمكن إرسال 1 باود، أي 8 بتات، في فترة زمنية قدرها 1/Df. ثم ستكون السرعة القصوى للإرسال عبر نطاق التردد هذا
وبما أن الإرسال في هذا النظام يتم عبر نطاقي تردد بنفس العرض، فإن سرعة الإرسال القصوى لهذا النظام ستكون 720 كيلوبت/ثانية.
نظرًا لأن تدفق البتات المرسلة لا يحتوي على بتات المعلومات فحسب، بل يحتوي أيضًا على بتات الخدمة، فإن سرعة المعلومات ستعتمد على بنية الإطارات المرسلة. يتم تشكيل الإطارات المستخدمة في نظام نقل البيانات هذا على أساس بروتوكولي Ethernet وV.42 ويبلغ الحد الأقصى لطولها K=1518 بت، منها KS=64 بتات خدمة. ثم تعتمد سرعة نقل المعلومات على نسبة بتات المعلومات وبتات الخدمة
هذه السرعة تتجاوز السرعة المحددة في المواصفات الفنية. لذلك، يمكننا أن نستنتج أن طريقة التعديل المختارة تلبي المتطلبات المنصوص عليها في المواصفات الفنية.
وبما أن الإرسال يتم في هذا النظام عبر نطاقين من الترددات في وقت واحد، فإنه يتطلب تنظيم مُعدِّلين يعملان بالتوازي. ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه من الممكن للنظام التبديل من نطاقات التردد الرئيسية إلى النطاقات الاحتياطية. ولذلك، يلزم توليد جميع الترددات الحاملة الأربعة والتحكم فيها. يتكون مركب التردد المصمم لتوليد ترددات حاملة من مولد إشارة مرجعية وفواصل ومرشحات عالية الجودة. يعمل مولد نبض الكوارتز المربع كمولد إشارة مرجعية (الشكل 5.10).
الشكل 5.10 - مولد مزود بنظام تثبيت الكوارتز
من أجل تقييم حالة أمن المعلومات؛ - إدارة وصول المشاركين في الاجتماع إلى المبنى؛ - تنظيم مراقبة الدخول إلى الغرفة المخصصة والبيئة المحيطة أثناء الاجتماع. 2. الوسائل الرئيسية لضمان حماية المعلومات الصوتية أثناء الاجتماع هي: - تركيب مولدات الضوضاء المختلفة، ومراقبة الغرفة...
باستخدام تقنيات الطباعة بالكمبيوتر؟ 10. وصف الأفعال الإجرامية المنصوص عليها في الفصل 28 من القانون الجنائي للاتحاد الروسي "الجرائم في مجال المعلومات الحاسوبية". القسم 2. مكافحة الجرائم في مجال معلومات الكمبيوتر الفصل 5. السيطرة على الجريمة في مجال التكنولوجيا العالية 5.1 السيطرة على جرائم الكمبيوتر في روسيا تدابير الرقابة على...
LickSec > الاتصالات اللاسلكية
مفتاح تبديل الطور بأربعة مواضع (QPSK)
ومن المعروف من نظرية الاتصالات أن تعديل الطور الثنائي BPSK يتمتع بأعلى مناعة للضوضاء. ومع ذلك، في بعض الحالات، من خلال تقليل مناعة الضوضاء لقناة الاتصال، من الممكن زيادة إنتاجيتها. علاوة على ذلك، فمن خلال تطبيق التشفير المقاوم للضوضاء، يمكن تخطيط المنطقة التي يغطيها نظام الاتصالات المتنقلة بشكل أكثر دقة.
يستخدم تعديل الطور ذو المواضع الأربعة أربع قيم لطور الموجة الحاملة. وفي هذه الحالة، ينبغي أن يأخذ الطور y(t) للإشارة الموصوفة بالتعبير (25) أربع قيم: °0 و°90 و°180 و°270. ومع ذلك، يتم استخدام قيم الطور الأخرى بشكل أكثر شيوعًا: 45 درجة، 135 درجة، 225 درجة و 315 درجة. يظهر هذا النوع من تمثيل تعديل الطور التربيعي في الشكل 1.
يوضح الشكل نفسه قيم البت التي تنقلها كل حالة مرحلة حاملة. تنقل كل ولاية قطعتين من المعلومات المفيدة في وقت واحد. وفي هذه الحالة، يتم اختيار محتويات البتات بحيث لا يؤدي الانتقال إلى حالة مجاورة لطور الموجة الحاملة بسبب خطأ في الاستقبال إلى ما لا يزيد عن خطأ واحد في البتة.
عادة، يتم استخدام المشكل التربيعي لتوليد إشارة تعديل QPSK. لتنفيذ المغير التربيعي، سوف تحتاج إلى مضاعفين وجامع. يمكن توفير المدخلات المضاعفة بتدفقات بتات الإدخال مباشرة في كود NRZ. يظهر الرسم التخطيطي لمثل هذا المغير في الشكل 2.
نظرًا لأنه مع هذا النوع من التشكيل يتم إرسال بتتين من تدفق بتات الإدخال مرة واحدة خلال فاصل زمني واحد للرمز، فإن معدل الرمز لهذا النوع من التشكيل هو 2 بت لكل رمز. وهذا يعني أنه عند تنفيذ المشكل، ينبغي تقسيم تدفق الدخل إلى مكونين - المكون في الطور I والمكون التربيعي Q. وينبغي مزامنة الكتل اللاحقة بمعدل الرمز.
مع هذا التنفيذ، يكون طيف الإشارة عند خرج المغير غير محدود ويظهر شكله التقريبي في الشكل 3.
الشكل 3. طيف إشارة QPSK المضمنة بإشارة NRZ.
وبطبيعة الحال، يمكن أن تكون هذه الإشارة محدودة في الطيف باستخدام مرشح تمرير النطاق الموجود في خرج المغير، ولكن هذا لا يحدث أبدًا. يعتبر مرشح Nyquist أكثر كفاءة. يظهر الشكل 4 الرسم التخطيطي لمشكل تربيع إشارة QPSK، الذي تم إنشاؤه باستخدام مرشح Nyquist.
الشكل 4. رسم تخطيطي لمُعدِّل QPSK باستخدام مرشح Nyquist
لا يمكن تنفيذ مرشح Nyquist إلا باستخدام التكنولوجيا الرقمية، لذلك في الدائرة الموضحة في الشكل 17، يتم توفير محول رقمي إلى تناظري (DAC) أمام المغير التربيعي. خصوصية تشغيل مرشح Nyquist هو أنه في الفترات الفاصلة بين النقاط المرجعية يجب ألا تكون هناك إشارة عند مدخلاته، لذلك يوجد عند مدخله مُشكل نبضي يُخرج إشارة إلى مخرجاته فقط في وقت النقاط المرجعية. وبقية الوقت تكون هناك إشارة صفرية عند مخرجها.
يظهر في الشكل 5 مثال على شكل الإشارة الرقمية المرسلة عند مخرج مرشح نيكويست.
الشكل 5. مثال على مخطط توقيت إشارة Q لتعديل طور QPSK بأربعة مواضع
نظرًا لاستخدام مرشح Nyquist في جهاز الإرسال لتضييق نطاق إشارة الراديو، فلا يوجد تشويه بين الرموز في الإشارة فقط عند نقاط الإشارة. يمكن رؤية ذلك بوضوح من مخطط عين إشارة Q الموضح في الشكل 6.
بالإضافة إلى تضييق طيف الإشارة، يؤدي استخدام مرشح نيكويست إلى تغيير في سعة الإشارة المولدة. وفي الفترات الفاصلة بين النقاط المرجعية للإشارة، يمكن أن يزيد الاتساع بالنسبة إلى القيمة الاسمية أو ينخفض إلى الصفر تقريبًا.
من أجل تتبع التغييرات في كل من سعة إشارة QPSK ومرحلتها، من الأفضل استخدام مخطط متجه. يظهر الرسم التخطيطي المرحلي لنفس الإشارة الموضحة في الشكلين 5 و6 في الشكل 7.
الشكل 7: مخطط متجه لإشارة QPSK بقيمة = 0.6
يظهر أيضًا التغيير في سعة إشارة QPSK على مخطط ذبذبات إشارة QPSK عند خرج المغير. القسم الأكثر تميزًا في مخطط توقيت الإشارة الموضح في الشكلين 6 و7 يظهر في الشكل 8. في هذا الشكل، يظهر بوضوح كل من الانخفاضات في سعة الموجة الحاملة للإشارة المضمنة والزيادة في قيمتها بالنسبة إلى المستوى الاسمي.
الشكل 8. مخطط توقيت إشارة QPSK بقيمة = 0.6
يتم عرض الإشارات في الأشكال 5 ... 8 لحالة استخدام مرشح Nyquist بعامل تقريب a = 0.6. عند استخدام مرشح نيكويست بقيمة أقل لهذا المعامل، سيكون لتأثير الفصوص الجانبية للاستجابة النبضية لمرشح نيكويست تأثير أقوى وسيتم دمج مسارات الإشارة الأربعة المرئية بوضوح في الشكلين 6 و7 في منطقة واحدة متصلة . وبالإضافة إلى ذلك، فإن الزيادات في سعة الإشارة سوف تزيد بالنسبة إلى القيمة الاسمية.
الشكل 9 - مخطط طيفي لإشارة QPSK بقيمة = 0.6
يؤدي وجود تعديل سعة الإشارة إلى حقيقة أنه في أنظمة الاتصالات التي تستخدم هذا النوع من التعديل، من الضروري استخدام مضخم طاقة خطي للغاية. لسوء الحظ، فإن مضخمات الطاقة هذه لديها كفاءة منخفضة.
يتيح لك تعديل التردد مع الحد الأدنى من تباعد التردد MSK تقليل عرض النطاق الترددي الذي تشغله إشارة الراديو الرقمية على الهواء. ومع ذلك، حتى هذا النوع من التعديل لا يلبي جميع متطلبات أنظمة الراديو المتنقلة الحديثة. عادةً، تتم تصفية إشارة MSK الموجودة في جهاز إرسال الراديو باستخدام مرشح تقليدي. ولهذا السبب ظهر نوع آخر من التعديل مع طيف أضيق من الترددات الراديوية على الهواء.
طرق التعديل الواعدة في أنظمة نقل البيانات ذات النطاق العريض
اليوم، لن يفاجأ متخصصو الاتصالات بعد الآن بالعبارة الغامضة Spread Spectrum. تختلف أنظمة نقل البيانات ذات النطاق العريض (وهذا ما يخفى وراء هذه الكلمات) عن بعضها البعض في طريقة وسرعة نقل البيانات، ونوع التعديل، ومدى الإرسال، وقدرات الخدمة، وما إلى ذلك. وتحاول هذه المقالة تصنيف أنظمة النطاق العريض بناءً على التعديل المستخدم فيها.
الأحكام الأساسية
تخضع أنظمة نقل البيانات ذات النطاق العريض (BDTSS) لمعيار IEEE 802.11 الموحد من حيث البروتوكولات، وفي جزء الترددات الراديوية - للقواعد الموحدة للجنة الاتصالات الفيدرالية (لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية). ومع ذلك، فهي تختلف عن بعضها البعض في طريقة وسرعة نقل البيانات، ونوع التعديل، ونطاق الإرسال، وقدرات الخدمة، وما إلى ذلك.
كل هذه الخصائص مهمة عند اختيار ملحق النطاق العريض (من قبل المشتري المحتمل) وقاعدة العناصر (من قبل المطور أو الشركة المصنعة لأنظمة الاتصالات). في هذه المراجعة، جرت محاولة لتصنيف شبكات النطاق العريض بناءً على أقل الخصائص التي تمت تغطيتها في الأدبيات التقنية، وهي تعديلها.
باستخدام أنواع مختلفة من التشكيلات الإضافية المستخدمة بالتزامن مع تعديل الطور (BPSK) وتشكيل الطور التربيعي (QPSK) لزيادة معدل المعلومات عند إرسال إشارات النطاق العريض في نطاق 2.4 جيجا هرتز، يمكن تحقيق معدلات نقل معلومات تصل إلى 11 ميجابت/ثانية، مع الأخذ بعين الاعتبار القيود التي تفرضها لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) على التشغيل في هذا النطاق. وبما أنه من المتوقع أن يتم إرسال إشارات النطاق العريض دون الحصول على ترخيص الطيف، فإن خصائص الإشارات تقتصر على تقليل التداخل المتبادل.
أنواع التشكيل هذه هي أشكال مختلفة من التشكيل المتعامد M-ary (MOK)، وتشكيل طور النبض (PPM)، وتشكيل السعة التربيعية (QAM). يشمل النطاق العريض أيضًا الإشارات المستقبلة عن طريق التشغيل المتزامن لعدة قنوات متوازية مفصولة بالتردد (FDMA) و/أو الوقت (TDMA). اعتمادا على الظروف المحددة، يتم تحديد نوع أو آخر من التعديل.
اختيار نوع التعديل
تتمثل المهمة الرئيسية لأي نظام اتصال في نقل المعلومات من مصدر الرسالة إلى المستهلك بالطريقة الأكثر اقتصادا. ولذلك يتم اختيار نوع التعديل الذي يقلل من تأثير التداخل والتشويه، وبالتالي تحقيق أقصى سرعة للمعلومات وأقل معدل للخطأ. وقد تم اختيار أنماط التشكيل قيد النظر وفقاً لعدة معايير: مقاومة الانتشار عبر المسيرات المتعددة؛ التشوش؛ عدد القنوات المتاحة؛ متطلبات الخطية لمضخم الطاقة ؛ نطاق الإرسال القابل للتحقيق وتعقيد التنفيذ.
تعديل DSSS
تعتمد معظم أنواع التعديل المعروضة في هذه المراجعة على إشارات النطاق العريض التسلسل المباشر (DSSS)، وهي إشارات النطاق العريض الكلاسيكية. في الأنظمة التي تحتوي على DSSS، يؤدي توسيع طيف الإشارة عدة مرات إلى تقليل كثافة القدرة الطيفية للإشارة بنفس المقدار. يتم عادةً نشر الطيف عن طريق ضرب إشارة بيانات ضيقة النطاق نسبيًا بإشارة انتشار واسعة النطاق. غالبًا ما تسمى إشارة الانتشار أو كود الانتشار بالرمز الشبيه بالضوضاء، أو كود PN (الضوضاء الزائفة). يظهر مبدأ توسيع الطيف الموصوف في الشكل. 1.
فترة البت - فترة بت المعلومات
فترة الشريحة - فترة تتبع الشريحة
إشارة البيانات - البيانات
رمز PN - رمز يشبه الضوضاء
إشارة مشفرة - إشارة النطاق العريض
تعديل DSSS/MOK
إن إشارات التسلسل المباشر ذات النطاق العريض مع التشكيل المتعامد M-ary (أو تعديل MOK للاختصار) معروفة منذ فترة طويلة، ولكن من الصعب جدًا تنفيذها على المكونات التناظرية. باستخدام الدوائر الرقمية الدقيقة، من الممكن اليوم استخدام الخصائص الفريدة لهذا التعديل.
أحد أشكال MOK هو التعديل البيولوجي المتعامد M-ary (MBOK). يتم تحقيق زيادة في سرعة المعلومات من خلال استخدام عدة رموز PN متعامدة في وقت واحد مع الحفاظ على نفس معدل تكرار الشريحة وشكل الطيف. يستخدم تعديل MBOK طاقة الطيف بشكل فعال، أي أنه يحتوي على نسبة عالية إلى حد ما من سرعة الإرسال إلى طاقة الإشارة. إنه مقاوم للتداخل وانتشار المسارات المتعددة.
من الذي هو مبين في الشكل. في الشكل 2 من مخطط التشكيل MBOK مع QPSK، يمكن ملاحظة أن كود PN يتم اختياره من متجهات متعامدة M وفقًا لبايت بيانات التحكم. وبما أن قنوات I وQ متعامدة، فمن الممكن MBOKed في وقت واحد. في التعديل البيولوجي المتعامد، يتم استخدام المتجهات المقلوبة أيضًا، مما يسمح بزيادة سرعة المعلومات. المجموعة الأكثر استخدامًا من متجهات Walsh المتعامدة حقًا ذات البعد المتجهي القابل للقسمة على 2. وبالتالي، يتم استخدام نظام من متجهات Walsh ذات البعد المتجه 8 وQPSK كرموز PN، مع معدل تكرار يبلغ 11 ميجا رقاقة في الثانية في الامتثال الكامل ومع معيار IEEE 802.11، من الممكن إرسال 8 بتات لكل رمز قناة، مما يؤدي إلى سرعة قناة تبلغ 1.375 ميجا رمز في الثانية وسرعة معلومات تبلغ 11 ميجابت/ثانية.
يجعل التعديل من السهل جدًا تنظيم العمل المشترك مع أنظمة النطاق العريض التي تعمل بسرعات الشريحة القياسية وتستخدم QPSK فقط. في هذه الحالة، يتم إرسال رأس الإطار بسرعة أقل بمقدار 8 مرات (في كل حالة محددة)، مما يسمح لنظام أبطأ بإدراك هذا الرأس بشكل صحيح. ثم تزداد سرعة نقل البيانات.
1. إدخال البيانات
2. جهاز تشويش إذاعي
3. معدد 1:8
4. اختر واحدة من 8 وظائف والش
5. اختر واحدة من 8 وظائف والش
6. إخراج القناة I
7. إخراج قناة Q
من الناحية النظرية، يتمتع MBOK بمعدل خطأ أقل قليلاً (BER) مقارنةً بـ BPSK لنفس نسبة Eb/N0 (بسبب خصائص التشفير الخاصة به)، مما يجعله التعديل الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة. في BPSK تتم معالجة كل بت بشكل مستقل عن الآخر، وفي MBOK يتم التعرف على الحرف. إذا تم التعرف عليه بشكل غير صحيح، فهذا لا يعني أنه تم استلام جميع أجزاء هذا الرمز بشكل غير صحيح. ومن ثم، فإن احتمال استقبال رمز خاطئ لا يساوي احتمال استقبال بتة خاطئة.
يتوافق طيف MBOK للإشارات المعدلة مع ذلك المحدد في معيار IEEE 802.11. حاليًا، شركة Aironet Wireless Communications, Inc. تقدم جسورًا لاسلكية لشبكات Ethernet وToken Ring باستخدام تقنية DSSS/MBOK ونقل المعلومات عبر الهواء بسرعات تصل إلى 4 ميجابت/ثانية.
تعتمد مناعة المسارات المتعددة على نسبة Eb/N0 وتشوه طور الإشارة. أكدت عمليات المحاكاة العددية لنقل إشارات MBOK ذات النطاق العريض، التي أجراها مهندسو شركة Harris Semiconductor داخل المباني، أن مثل هذه الإشارات قوية جدًا في مواجهة عوامل التداخل هذه. انظر: Andren C. 11 MBps Modulation Techniques // نشرة هاريس لأشباه الموصلات. 05/05/98.
في التين. يوضح الشكل 3 رسومًا بيانية لاحتمال استقبال إطار بيانات خاطئ (PER) كدالة للمسافة عند قدرة إشارة مشعة تبلغ dB/MW 15 (لمدة 5,5 Mbit/s - 20 dB/MW)، تم الحصول عليها نتيجة للتحليل العددي المحاكاة لمعدلات بيانات المعلومات المختلفة.
وتظهر المحاكاة أنه مع زيادة Es/N0، المطلوبة للتعرف الموثوق على الرموز، فإن PER يزيد بشكل كبير في ظل ظروف انعكاس الإشارة القوية. وللتغلب على ذلك، يمكن استخدام الاستقبال المنسق بواسطة هوائيات متعددة. في التين. ويبين الشكل 4 نتائج هذه الحالة. للحصول على استقبال مطابق أمثل، ستكون نسبة PER مساوية لمربع PER للاستقبال غير المنسق. عند النظر في الشكل. 3 و4، من الضروري أن نتذكر أنه مع PER=15%، ستكون الخسارة الفعلية في سرعة المعلومات 30% بسبب الحاجة إلى إعادة إرسال الحزم الفاشلة.
من المتطلبات الأساسية لاستخدام QPSK بالتزامن مع MBOK معالجة الإشارة المتماسكة. ومن الناحية العملية، يتم تحقيق ذلك من خلال استقبال مقدمة الرتل والرأسية باستخدام BPSK لإعداد حلقة تغذية راجعة للطور. ومع ذلك، فإن كل هذا، بالإضافة إلى استخدام الارتباطات التسلسلية لمعالجة الإشارات المتماسكة، يزيد من تعقيد مزيل التشكيل.
تعديل CCSK
تعد إشارات تسلسل الشفرة المتعامدة الدورية (CCSK) ذات النطاق العريض M-ary أسهل في إزالة التشكيل من MBOK لأنه يتم استخدام رمز PN واحد فقط. يحدث هذا النوع من التعديل بسبب التحول الزمني في ذروة الارتباط داخل الرمز. وباستخدام كود باركر الذي يبلغ طوله 11 وسرعة 1 ميجارمز في الثانية، من الممكن تحويل الذروة إلى أحد المواضع الثمانية. المواضع الثلاثة المتبقية لا تسمح باستخدامها لزيادة سرعة المعلومات. وبهذه الطريقة، يمكن إرسال ثلاث بتات معلومات لكل رمز. وبإضافة BPSK، يمكنك إرسال بتة معلومات إضافية لكل رمز، أي إجمالي 4. ونتيجة لذلك، باستخدام QPSK نحصل على 8 بتات معلومات لكل رمز قناة.
المشكلة الرئيسية في PPM وCCSK هي الحساسية للانتشار متعدد المسارات عندما يتجاوز التأخير بين انعكاسات الإشارة مدة كود PN. ولذلك، يصعب استخدام هذه الأنواع من التشكيلات في الداخل مع مثل هذه الانعكاسات. من السهل إلى حد ما إزالة التشكيل CCSK ولا يتطلب سوى زيادة طفيفة في التعقيد من دائرة المشكل/مزيل التشكيل التقليدية. يشبه مخطط CCSK مخطط التشكيل MBOK مع QPSK (انظر الشكل 2)، فقط بدلاً من فدرة اختيار واحدة من وظائف Walsh الثمانية توجد فدرة إزاحة الكلمات.
تعديل DSSS/PPM
إشارات الطور النبضي ذات التسلسل المباشر عريض النطاق (DSSS/PPM) هي نوع من الإشارات التي تعد تطويرًا إضافيًا لإشارات الطيف المنتشرة بالتسلسل المباشر.
تتمثل فكرة تعديل طور النبض لإشارات النطاق العريض التقليدية في أنه يتم الحصول على زيادة في سرعة المعلومات عن طريق تغيير الفاصل الزمني بين قمم الارتباط للرموز المتعاقبة. تم اختراع التعديل بواسطة راجيف كريشنامورثي وإسرائيل بار ديفيد في مختبرات بيل في هولندا.
تتيح تطبيقات التشكيل الحالية إمكانية تحديد ثمانية مواضع زمنية لنبضات الارتباط في الفاصل الزمني للرمز (ضمن الفاصل الزمني لتسلسل PN). إذا تم تطبيق هذه التكنولوجيا بشكل مستقل على القناتين I وQ في DQPSK، فسيتم الحصول على 64 حالة معلومات مختلفة (8×8). ومن خلال الجمع بين تشكيل الطور وتشكيل DQPSK، الذي يوفر حالتين مختلفتين في القناة I وحالتين مختلفتين في القناة Q، يتم الحصول على 256 حالة (64x2x2)، أي ما يعادل 8 بتات معلومات لكل رمز.
تعديل DSSS/QAM
يمكن اعتبار إشارات النطاق العريض ذات التتابع التربيعي المباشر (DSSS/QAM) بمثابة إشارات كلاسيكية ذات نطاق عريض مُشكَّلة بـ DQPSK، حيث يتم أيضًا إرسال المعلومات من خلال تغيير السعة. ومن خلال تطبيق تشكيل السعة بمستويين وDQPSK، يتم الحصول على 4 حالات مختلفة في القناة I و4 حالات مختلفة في القناة Q. يمكن أيضًا إخضاع الإشارة المعدلة لتعديل طور النبض، مما يزيد من سرعة المعلومات.
أحد القيود على DSSS/QAM هو أن الإشارات التي تحتوي على مثل هذا التشكيل حساسة جدًا للانتشار متعدد المسارات. وأيضًا، بسبب استخدام تشكيل الطور والسعة، تتم زيادة نسبة Eb/N0 للحصول على نفس قيمة BER كما في MBOK.
لتقليل الحساسية للتشويه، يمكنك استخدام التعادل. لكن استخدامه غير مرغوب فيه لسببين.
أولاً، من الضروري زيادة تسلسل الرموز الذي يضبط المعادل، والذي بدوره يزيد من طول الديباجة. ثانيًا، ستؤدي إضافة المعادل إلى زيادة تكلفة النظام ككل.
يمكن أيضًا استخدام التعديل التربيعي الإضافي في الأنظمة ذات قفز التردد. وهكذا، أصدرت WaveAccess مودمًا يحمل علامة Jaguar التجارية، والذي يستخدم تقنية Frequency Hopping وتعديل QPSK بالتزامن مع 16QAM. وعلى النقيض من تعديل تردد FSK المقبول عمومًا في هذه الحالة، فإن هذا يسمح بمعدل نقل بيانات حقيقي قدره 2.2 ميجابت/ثانية. يعتقد مهندسو WaveAccess أن استخدام تقنية DSSS بسرعات أعلى (تصل إلى 10 ميجابت/ثانية) غير عملي بسبب نطاق الإرسال القصير (لا يزيد عن 100 متر).
تعديل OCDM
تستخدم إشارات النطاق العريض التي يتم إنتاجها عن طريق مضاعفة إشارات تعدد الإرسال بتقسيم الكود المتعامد (OCDM) قنوات متعددة واسعة النطاق في وقت واحد على نفس التردد.
يتم فصل القنوات باستخدام رموز PN المتعامدة. أعلنت شركة Sharp عن مودم بسرعة 10 ميغابت تم تصميمه باستخدام هذه التقنية. في الواقع، يتم إرسال 16 قناة برموز متعامدة مكونة من 16 شريحة في وقت واحد. يتم تطبيق BPSK في كل قناة، ثم يتم جمع القنوات باستخدام الطريقة التناظرية.
Data Mux - معدد إرسال البيانات
BPSK - تعديل طور الكتلة
الانتشار - كتلة الطيف المنتشرة بالتسلسل المباشر
مجموع - جامع الإخراج
تعديل OFDM
تمثل إشارات النطاق العريض، التي يتم الحصول عليها عن طريق تعدد إرسال العديد من إشارات النطاق العريض مع تعدد الإرسال بتقسيم التردد المتعامد (OFDM)، الإرسال المتزامن للإشارات المشكلة بالطور على ترددات حاملة مختلفة. تم وصف التعديل في MIL-STD 188C. ومن مميزاتها مقاومتها العالية للثغرات الموجودة في الطيف الناتجة عن التوهين متعدد المسارات. وقد يؤدي التوهين ضيق النطاق إلى استبعاد موجة حاملة واحدة أو أكثر. يتم ضمان الاتصال الموثوق به من خلال توزيع طاقة الرمز على عدة ترددات.
وهذا يتجاوز الكفاءة الطيفية لنظام QPSK مماثل بمقدار 2.5 مرة. هناك دوائر دقيقة جاهزة تنفذ تعديل OFDM. على وجه الخصوص، تنتج موتورولا مزيل التشكيل MC92308 OFDM وشريحة OFDM MC92309 "الواجهة الأمامية". يظهر الشكل التخطيطي لمشكل OFDM النموذجي في الشكل. 6.
Data Mux - معدد إرسال البيانات
القناة - قناة التردد
BPSK - تعديل طور الكتلة
مجموع - تردد قناة الأفعى
خاتمة
ويبين جدول المقارنة تصنيفات كل نوع تعديل حسب المعايير المختلفة والتقييم النهائي. درجة أقل يتوافق مع درجة أفضل. يتم أخذ تعديل السعة التربيعية للمقارنة فقط.
أثناء المراجعة، تم التخلص من أنواع مختلفة من التشكيلات التي لها قيم تقييم غير مقبولة لمختلف المؤشرات. على سبيل المثال، إشارات النطاق العريض مع تعديل الطور ذو 16 موضعًا (PSK) - بسبب ضعف مقاومة التداخل، وإشارات النطاق العريض جدًا - بسبب القيود المفروضة على طول نطاق التردد والحاجة إلى ثلاث قنوات على الأقل للتشغيل المشترك شبكات الراديو القريبة.
من بين أنواع تعديل النطاق العريض، الأكثر إثارة للاهتمام هو التعديل البيولوجي المتعامد M-ary - MBOK.
في الختام، أود أن أشير إلى التعديل، الذي لم يتم تضمينه في سلسلة من التجارب التي أجراها مهندسو هاريس لأشباه الموصلات. نحن نتحدث عن تعديل QPSK المفلتر (مفتاح إزاحة الطور التربيعي المفلتر - FQPSK). تم تطوير هذا التعديل من قبل البروفيسور كاميلو فيهير من جامعة كاليفورنيا وحصل على براءة اختراع بالاشتراك مع شركة ديدكوم.
للحصول على FQPSK، يتم استخدام الترشيح غير الخطي لطيف الإشارة في المرسل مع استعادته لاحقًا في المستقبل. ونتيجة لذلك، يشغل طيف FQPSK ما يقرب من نصف المساحة مقارنة بطيف QPSK، مع تساوي جميع المعلمات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل خطأ الحزمة PER (معدل خطأ الحزمة) لـ FQPSK أفضل بمقدار 10-2-10-4 من معدل GMSK. GSMK هو تعديل التردد الغوسي، ويستخدم بشكل خاص في معيار الاتصالات الخلوية الرقمية GSM. وقد حظي التعديل الجديد بالتقدير الكافي واستخدامه في منتجاتها من قبل شركات مثل EIP Microwave، وLockheed Martin، وL-3 Communications، وكذلك NASA.
من المستحيل أن نقول بشكل لا لبس فيه نوع التعديل الذي سيتم استخدامه في النطاق العريض في القرن الحادي والعشرين. كل عام، تتزايد كمية المعلومات في العالم، وبالتالي سيتم نقل المزيد والمزيد من المعلومات عبر قنوات الاتصال. وبما أن طيف التردد مورد طبيعي فريد من نوعه، فإن متطلبات الطيف الذي يستخدمه نظام الإرسال سوف تتزايد باستمرار. ولذلك، فإن اختيار طريقة التعديل الأكثر فعالية عند تطوير النطاق العريض لا يزال يمثل إحدى أهم القضايا.