Apa kelebihan qpsk. Modulasi kuadratur dengan pergeseran OQPSK (Offset QPSK). Diagram blok modulator QPSK

dimana A dan φ 0 adalah konstanta, ω adalah frekuensi pembawa.

Informasi dikodekan oleh fase φ(t) . Karena selama demodulasi koheren penerima mempunyai pembawa yang direkonstruksi s C (t) = Acos(ωt +φ 0), maka dengan membandingkan sinyal (2) dengan pembawa, pergeseran fasa arus φ(t) dihitung. Perubahan fasa φ(t) berhubungan satu-satu dengan sinyal informasi c(t).

Modulasi fase biner (BPSK – BinaryPhaseShiftKeying)

Himpunan nilai sinyal informasi (0,1) ditetapkan secara unik ke himpunan perubahan fasa (0, π). Ketika nilai sinyal informasi berubah, fase sinyal radio berubah sebesar 180º. Dengan demikian, sinyal BPSK dapat dituliskan sebagai

Karena itu, S(T)=A⋅2(C(T)-1/2)cos(ωt + φ 0) Jadi, untuk mengimplementasikan modulasi BPSK cukup dengan mengalikan sinyal pembawa dengan sinyal informasi yang mempunyai banyak nilai (-1,1). Pada output modulator baseband sinyal

saya(t)= A⋅2(C(T)-1/2), Q(t)=0

Bentuk waktu dari sinyal dan konstelasinya ditunjukkan pada Gambar 3.

Beras. 12. Bentuk temporal dan konstelasi sinyal sinyal BPSK: a – pesan digital; b – sinyal modulasi; c – osilasi HF termodulasi; G– konstelasi sinyal

Modulasi fase kuadratur (QPSK – QuadraturePhaseShiftKeying)

Modulasi fase kuadratur adalah modulasi fase empat tingkat (M=4), di mana fase osilasi frekuensi tinggi dapat mengambil 4 nilai berbeda dengan kelipatan π / 2.

Hubungan antara pergeseran fasa osilasi termodulasi dari himpunan (±π / 4,±3π / 4) dan himpunan simbol pesan digital (00, 01, 10, 11) ditetapkan dalam setiap kasus tertentu dengan standar untuk saluran radio dan ditampilkan oleh konstelasi sinyal yang mirip dengan Gambar 4. Panah menunjukkan kemungkinan transisi dari satu keadaan fase ke keadaan fase lainnya.

Beras. 13. Konstelasi modulasi QPSK

Dapat dilihat dari gambar bahwa korespondensi antara nilai simbol dan fase sinyal dibuat sedemikian rupa sehingga pada titik-titik tetangga dari konstelasi sinyal, nilai simbol yang bersesuaian hanya berbeda satu. sedikit. Saat transmisi dalam kondisi bising, kesalahan yang paling mungkin terjadi adalah penentuan fase titik konstelasi yang berdekatan. Dengan pengkodean ini, meskipun terjadi kesalahan dalam menentukan arti suatu simbol, hal ini sesuai dengan kesalahan pada satu (bukan dua) bit informasi. Dengan demikian, pengurangan probabilitas kesalahan bit dapat dicapai. Metode pengkodean ini disebut kode abu-abu.

Modulasi fase multi-posisi (M-PSK)

M-PSK dibentuk, seperti modulasi multi-posisi lainnya, dengan mengelompokkan k = log 2 M bit ke dalam simbol dan memperkenalkan korespondensi satu-ke-satu antara sekumpulan nilai simbol dan kumpulan nilai pergeseran fasa bentuk gelombang termodulasi. Nilai pergeseran fasa dari himpunan berbeda dengan jumlah yang sama. Misalnya, Gambar 4 menunjukkan konstelasi sinyal untuk 8-PSK dengan kode Gray.

Beras. 14. Konstelasi sinyal modulasi 8-PSK

Jenis modulasi fase amplitudo (QAM)

Jelasnya, untuk mengkodekan informasi yang dikirimkan, Anda tidak dapat menggunakan satu parameter gelombang pembawa, tetapi dua parameter secara bersamaan.

Tingkat kesalahan simbol minimum akan tercapai jika jarak antara titik-titik yang berdekatan dalam konstelasi sinyal sama, yaitu. distribusi titik-titik dalam konstelasi akan seragam pada bidang tersebut. Oleh karena itu, konstelasi sinyal harus memiliki tampilan kisi. Modulasi dengan konstelasi sinyal jenis ini disebut modulasi amplitudo kuadratur (QAM - Quadrature Amplitude Modulation).

QAM adalah modulasi multi-posisi. Ketika M=4 sesuai dengan QPSK, oleh karena itu secara formal dianggap untuk QAM M ≥ 8 (karena jumlah bit per simbol k = log 2 M ,k∈N , maka M hanya dapat mengambil nilai pangkat 2: 2, 4, 8, 16, dst.). Misalnya, Gambar 5 menunjukkan konstelasi sinyal 16-QAM dengan kode Gray.

Beras. 15. 16 –Konstelasi modulasi QAM

Jenis modulasi frekuensi (FSK, MSK, M-FSK, GFSK, GMSK).

Dalam hal modulasi frekuensi, parameter getaran pembawa - pembawa informasi - adalah frekuensi pembawa ω(t). Sinyal radio termodulasi memiliki bentuk:

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),

dimana ω c adalah konstanta frekuensi pusat sinyal, ω d adalah deviasi (perubahan) frekuensi, c(t) adalah sinyal informasi, φ 0 adalah fase awal.

Jika sinyal informasi memiliki 2 kemungkinan nilai, modulasi frekuensi biner terjadi (FSK - FrekuensiShiftKeying). Sinyal informasi pada (4) bersifat polar, yaitu. mengambil nilai (-1,1), di mana -1 sesuai dengan nilai sinyal informasi asli (non-polar) 0, dan 1 berbanding satu. Jadi, dengan modulasi frekuensi biner, himpunan nilai sinyal informasi asli (0,1) dikaitkan dengan himpunan nilai frekuensi sinyal radio termodulasi (ω c −ω d,ω c + ωd). Jenis sinyal FSK ditunjukkan pada Gambar 1.11.

Beras. 16. Sinyal FSK: a – pesan informasi; b- sinyal modulasi; c – modulasi osilasi HF

Dari (4) implementasi langsung modulator FSK sebagai berikut: sinyal I(t) dan Q(t) berbentuk: I (t) = Acos(ω d c(t)t), Q(t) = Asin( ω dc(t )t) . Karena fungsi sin dan cos mengambil nilai pada interval [-1..1], maka konstelasi sinyal dari sinyal FSK adalah lingkaran dengan jari-jari A.

Modulasi fase kuadratur QPSK (Quadrate Phase Shift Keying) adalah modulasi fase empat tingkat (M = 4), dimana fase osilasi RF dapat mengambil empat nilai berbeda dengan langkah yang sama dengan

π/2. Setiap	nilai fase	sinyal termodulasi
berisi dua bit informasi. Karena				mutlak
nilai fase	tidak masalah, ayo pilih
± π 4, ± 3 π 4.	Korespondensi		nilai-nilai
sinyal termodulasi ± π 4, ± 3 π 4			dan ditransmisikan

Dibit dari urutan informasi 00, 01, 10, 11 diatur oleh kode Gray (lihat Gambar 3.13) atau algoritma lainnya. Jelas, nilai sinyal modulasi dengan modulasi QPSK berubah setengah kali lebih sering dibandingkan dengan modulasi BPSK (pada kecepatan transfer informasi yang sama).

Amplop kompleks g(t) dengan modulasi QPSK

adalah sinyal pita dasar kutub pseudo-acak, yang komponen kuadraturnya, menurut

(3.41), ambil nilai numerik ± 1 2 . Di mana

Durasi setiap simbol pada selubung kompleks adalah dua kali lebih panjang dari simbol pada sinyal modulasi digital asli. Seperti diketahui, kerapatan spektral daya dari sinyal bertingkat bertepatan dengan kerapatan spektral daya dari sinyal biner di

M = 4 dan oleh karena itu T s = 2T b . Dengan demikian, kerapatan spektral daya dari sinyal QPSK (untuk

frekuensi positif) berdasarkan persamaan (3.28) ditentukan oleh ekspresi:

P(f) = K× (	dosa 2
	hal×(f - f		)×2×T

Dari persamaan (3.51) dapat disimpulkan bahwa jarak antara angka nol pertama pada kerapatan spektral daya sinyal QPSK sama dengan D f = 1 T b, yaitu dua kali lebih kecil dari

untuk modulasi BPSK. Dengan kata lain, efisiensi spektral modulasi QPSK kuadratur dua kali lebih tinggi dibandingkan modulasi fase biner BPSK.

						karena(ωc t )
	Formatif
w(t)	Pembentuk
	segi empat			Penambah
	komponen
		Dia)				dosa(ωc t )
	Formatif

Gambar.3.15. Sinyal QPSK modulator kuadratur

Diagram fungsional modulator QPSK kuadratur ditunjukkan pada Gambar 3.15. Konverter kode menerima sinyal digital dengan kecepatan R. Pengonversi kode menghasilkan komponen kuadratur kompleks

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

amplop sesuai Tabel 3.2 dengan kecepatan dua kali lebih rendah dari kecepatan semula. Filter pembentuk memberikan pita frekuensi tertentu dari sinyal modulasi (dan dimodulasi sesuai). Komponen kuadratur frekuensi pembawa disuplai ke pengganda RF dari rangkaian penyintesis frekuensi. Pada keluaran penambah terdapat sinyal termodulasi QPSK yang dihasilkan s(t)in

sesuai dengan (3.40).

Tabel 3.2

Pembangkitan sinyal QPSK

karena[θk ]

dosa[θk ]

komponen

I-komponen

Sinyal QPSK, seperti halnya sinyal BPSK, tidak mengandung frekuensi pembawa dalam spektrumnya dan hanya dapat diterima menggunakan detektor koheren, yaitu bayangan cermin dari rangkaian modulator dan

s(t)
		karena(ωc t )
					pemulihan
					digital
		dosa(ωc t )

Dia)

Gambar.3.16. Sinyal QPSK demodulator kuadratur

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

ditunjukkan pada Gambar 3.16.

3.3.4. Modulasi fase biner diferensial DBPSK

Tidak adanya frekuensi pembawa secara mendasar dalam spektrum sinyal termodulasi dalam beberapa kasus menyebabkan komplikasi yang tidak dapat dibenarkan dari demodulator pada penerima. Sinyal QPSK dan BPSK hanya dapat diterima oleh detektor koheren, yang implementasinya memerlukan transmisi frekuensi referensi bersama dengan sinyal, atau menerapkan sirkuit pemulihan pembawa khusus di penerima. Penyederhanaan yang signifikan dari rangkaian detektor dicapai ketika modulasi fasa diimplementasikan dalam bentuk diferensial DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying).

Ide pengkodean diferensial adalah untuk menyampaikan bukan nilai absolut dari suatu simbol informasi, tetapi perubahannya (atau non-perubahan) relatif terhadap nilai sebelumnya. Dengan kata lain, setiap karakter yang dikirimkan berikutnya berisi informasi tentang karakter sebelumnya. Jadi, untuk mengekstrak informasi asli selama demodulasi, dimungkinkan untuk menggunakan bukan nilai absolut, tetapi nilai relatif dari parameter termodulasi frekuensi pembawa sebagai sinyal referensi. Algoritma pengkodean biner diferensial dijelaskan dengan rumus berikut:

dk =

m k Å dk −1

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

dimana ( m k ) adalah barisan biner asli; (dk)-

urutan biner yang dihasilkan; Å adalah simbol penjumlahan modulo 2.

Contoh pengkodean diferensial ditunjukkan pada Tabel 3.3.

								Tabel 3.3
Pengkodean diferensial biner
		sinyal digital
(dk
(dk

Pengkodean diferensial perangkat keras diimplementasikan dalam bentuk rangkaian penundaan sinyal untuk interval waktu yang sama dengan durasi satu simbol dalam rangkaian informasi biner dan rangkaian penambahan modulo 2 (Gbr. 3.17).

		Rangkaian logika
		dk =
			m k Å dk −1

Garis tunda

Gambar 3.17. Encoder sinyal DBPSK diferensial

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

Detektor inkoheren diferensial dari sinyal DBPSK pada frekuensi menengah ditunjukkan pada Gambar 3.18.

Detektor menunda pulsa yang diterima dengan satu interval simbol, dan kemudian mengalikan simbol yang diterima dan tertunda:

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 × .

Setelah disaring menggunakan low-pass filter atau matched

Jelas bahwa baik bentuk temporal dari selubung kompleks maupun komposisi spektral sinyal DBPSK diferensial tidak akan berbeda dari sinyal BPSK biasa.

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

3.3.5. Modulasi Fase Kuadratur Diferensial π/4 DQPSK

Modulasi π/4 DQPSK (Differential Quadrate Phase Shift Keying) adalah bentuk modulasi fase diferensial yang dirancang khusus untuk sinyal QPSK empat tingkat. Jenis sinyal modulasi ini dapat didemodulasi oleh detektor non-koheren, seperti yang biasa terjadi pada sinyal modulasi DBPSK.

Perbedaan antara pengkodean diferensial pada modulasi π/4 DQPSK dan pengkodean diferensial pada modulasi DBPSK adalah bahwa perubahan relatif tidak ditransmisikan dalam simbol digital modulasi, tetapi dalam parameter termodulasi, dalam hal ini fase. Algoritma untuk menghasilkan sinyal termodulasi dijelaskan pada Tabel 3.4.

Tabel 3.4

Algoritma pembangkitan sinyal π/4 DQPSK

Informasi
tidak dibit
Kenaikan	ϕ = π 4	ϕ = 3 π 4	ϕ = −3 π 4		ϕ = − π 4
sudut fase
komponen Q		Q = dosa (θk ) = dosa (θk − 1 +
I-komponen		Saya = cos(θ k ) = cos(θ k − 1 +

Setiap digit urutan informasi asli dikaitkan dengan kenaikan fase frekuensi pembawa. Pertambahan sudut fasa adalah kelipatan π/4. Akibatnya, sudut fase absolut θ k dapat mengambil delapan nilai berbeda secara bertahap

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

π/4, dan setiap komponen kuadratur dari selubung kompleks adalah salah satu dari lima nilai yang mungkin:

0, ±1 2, ±1. Transisi dari satu fase frekuensi pembawa ke fase lainnya dapat digambarkan dengan menggunakan diagram keadaan pada Gambar. 3.13 untuk M = 8 dengan memilih secara bergantian nilai absolut fase frekuensi pembawa dari empat posisi

Diagram blok modulator π/4 DQPSK ditunjukkan pada Gambar 3.19. Sinyal modulasi digital biner asli memasuki konverter fase kode. Dalam konverter, setelah menunda sinyal dengan satu interval simbol, nilai dibit saat ini dan kenaikan fasa yang sesuai φ k dari frekuensi pembawa ditentukan. Ini

kenaikan fasa diumpankan ke kalkulator komponen kuadratur I Q dari selubung kompleks (Tabel 3.3). KELUAR

Kalkulator I Q adalah lima tingkat

	sinyal digital dengan durasi pulsa dua kali
			Q = cos(θk –1 + Δφ)			Filter pembentuk
									karena(ωc t )
			Δφk
minggu(t)
			Konverter
			Δφk
									dosa(ωc t )
			Saya = dosa(θk –1 + Δφ)			Filter pembentuk
			Gambar.3.19. Diagram fungsional modulator π/4 DQPSK

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

melebihi durasi pulsa sinyal digital biner asli. Selanjutnya, komponen kuadratur I (t), Q (t) dari amplop kompleks lewat

membentuk filter dan diumpankan ke pengganda frekuensi tinggi untuk membentuk komponen kuadratur dari sinyal frekuensi tinggi. Pada keluaran penambah frekuensi tinggi, terbentuk sepenuhnya

sinyal π/4 DQPSK.

Demodulator sinyal π/4 DQPSK (Gbr. 3.20) dirancang untuk mendeteksi komponen kuadratur dari sinyal modulasi dan memiliki struktur yang mirip dengan struktur demodulator sinyal DBPSK. Masukkan sinyal RF r (t) = cos(ω c t + θ k) pada frekuensi menengah

rI(t)

r(t)

Penundaan τ = T s

w(t) perangkat keputusan

Pergeseran fasa Δφ = π/2

rQ(t)

Gambar.3.20. Demodulator sinyal π/4 DQPSK pada frekuensi menengah

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

pergi ke input rangkaian penundaan dan pengganda RF. Sinyal pada keluaran setiap pengali (setelah menghilangkan komponen frekuensi tinggi) berbentuk:

	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).

Solver menganalisis sinyal baseband pada output setiap filter low-pass. Tanda dan besarnya kenaikan sudut fasa ditentukan, dan akibatnya, nilai dibit yang diterima. Implementasi perangkat keras dari demodulator pada frekuensi menengah (lihat Gambar 3.20) bukanlah tugas yang mudah karena tingginya persyaratan untuk akurasi dan stabilitas rangkaian penundaan frekuensi tinggi. Versi yang lebih umum dari rangkaian demodulator sinyal π/4 DQPSK dengan transfer langsung sinyal termodulasi ke rentang pita dasar, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.21.

r(t)						r11(t)				rQ(t)
					τ = T s
	cos(ωc t + γ)		r1(t)			r12(t)					rI(t)
						r21(t)

dosa(ωc t + γ)
	r2(t)
	r22(t)
	τ = T s

Gambar.3.21. Demodulator sinyal π/4 QPSK dalam rentang pita dasar

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

Transfer langsung dari sinyal termodulasi ke rentang baseband memungkinkan implementasi penuh

transfer spektrum osilasi termodulasi ke rentang pita dasar. Sinyal referensi, juga disuplai ke input pengganda RF, tidak terkunci fase dengan frekuensi pembawa osilasi termodulasi. Akibatnya, sinyal pita dasar pada keluaran filter lolos rendah mempunyai pergeseran fasa yang berubah-ubah, yang diasumsikan konstan selama interval simbol:

		(t) = cos(w c t + q k) × cos(w c t + g) = cos(q k - g);
	r 2 (t) = cos(w c t + q k) × sin(w c t + g) = sin(q k - g),

di mana γ adalah pergeseran fasa antara sinyal yang diterima dan sinyal referensi.

Sinyal pita dasar yang didemodulasi diumpankan ke dua sirkuit penundaan dan empat pengganda pita dasar, yang keluarannya menghasilkan sinyal berikut:

r 11 (t) = cos(q k - g) × cos(q k −1 - g);
r 22 (t) = sin(q k - g) × sin(q k −1 - g);
r 12 (t) = cos(q k - g) × sin(q k −1 - g);

r 21 (t) = sin(q k - g) × cos(q k −1 - g).

Sebagai hasil penjumlahan sinyal keluaran pengganda, pergeseran fasa sembarang γ dihilangkan, hanya menyisakan informasi tentang kenaikan sudut fasa frekuensi pembawa Δφ:

Djk);

r Saya (t) = r 12 (t) + r 21 (t) =

R 12 (t) = cos(q k - g) × sin(q k −1 - g) + r 21 (t) =

Dosa(q k - g ) × cos(q k −1 - g ) = sin(q k - q k −1 ) = sin(Dj k ).

Implementasi rangkaian penundaan pada rentang baseband dan

pemrosesan digital berikutnya dari sinyal yang didemodulasi secara signifikan meningkatkan stabilitas rangkaian dan keandalan penerimaan informasi.

3.3.6. Modulasi pergeseran fasa kuadratur

OQPS (Offset Quadrate Phase Shift Keying) adalah kasus khusus dari QPSK. Amplop frekuensi pembawa sinyal QPSK secara teoritis konstan. Namun, ketika pita frekuensi sinyal modulasi dibatasi, sifat keteguhan amplitudo sinyal termodulasi fase hilang. Saat mentransmisikan sinyal dengan modulasi BPSK atau QPSK, perubahan fasa pada interval simbol dapat berupa π atau p 2 . Secara intuitif

jelas bahwa semakin besar lompatan sesaat dalam fase pembawa, semakin besar pula AM yang menyertainya yang terjadi ketika spektrum sinyal terbatas. Faktanya, semakin besar besarnya perubahan sesaat dalam amplitudo sinyal ketika fasenya berubah, semakin besar pula besarnya harmonik spektrum yang berhubungan dengan lompatan waktu ini. Dengan kata lain, ketika spektrum sinyal terbatas

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

besarnya AM internal yang dihasilkan akan sebanding dengan besarnya lompatan fasa sesaat pada frekuensi pembawa.

Dalam sinyal QPSK, Anda dapat membatasi lompatan fase pembawa maksimum jika Anda menggunakan pergeseran waktu T b antara saluran Q dan I, yaitu. masukkan elemen

penundaan nilai T b ke saluran Q atau I . Penggunaan

pergeseran waktu akan mengarah pada fakta bahwa perubahan fase lengkap yang diperlukan akan terjadi dalam dua tahap: pertama, keadaan satu saluran berubah (atau tidak berubah), lalu yang lain. Gambar 3.22 menunjukkan urutan pulsa modulasi Q(t) dan I(t) in

saluran quadrature untuk modulasi QPSK konvensional.

Q(t)

Dia)

saya(t– Tb)

2T

Gambar.3.22. Memodulasi sinyal dalam saluran I/Q dengan QPSK

dan modulasi OQPSK

Durasi setiap pulsa adalah T s = 2 T b . Perubahan fase pembawa ketika simbol apa pun di I atau Q diubah

PDF dibuat dengan versi uji coba FinePrint pdfFactory Pro http://www.fineprint.com

5. GAMBARAN UMUM JENIS MODULASI

Transformasi osilasi harmonik pembawa (satu atau lebih parameternya) sesuai dengan hukum perubahan urutan informasi yang dikirimkan disebut modulasi. Saat mentransmisikan sinyal digital dalam bentuk analog, mereka beroperasi dengan konsep manipulasi.

Metode modulasi memainkan peran utama dalam mencapai tingkat transmisi informasi semaksimal mungkin dengan kemungkinan penerimaan yang salah. Kemampuan maksimum sistem transmisi dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus Shannon yang terkenal, yang menentukan ketergantungan kapasitas C saluran kontinu dengan derau Gaussian putih pada pita frekuensi yang digunakan F dan rasio kekuatan sinyal dan derau Pc/ Psh.

dimana PC adalah kekuatan sinyal rata-rata;

PSh adalah daya derau rata-rata pada pita frekuensi.

Bandwidth didefinisikan sebagai batas atas kecepatan transmisi informasi aktual V. Ekspresi di atas memungkinkan kita menemukan nilai maksimum kecepatan transmisi yang dapat dicapai dalam saluran Gaussian dengan nilai tertentu: lebar rentang frekuensi di mana transmisi berlangsung (DF) dan rasio signal-to-noise ( PC/RSH).

Kemungkinan kesalahan penerimaan bit dalam sistem transmisi tertentu ditentukan oleh rasio PC/РШ. Dari rumus Shannon dapat disimpulkan bahwa peningkatan laju transmisi spesifik V/DF memerlukan peningkatan biaya energi (PC) per bit. Ketergantungan kecepatan transmisi spesifik pada rasio signal-to-noise ditunjukkan pada Gambar. 5.1.

Gambar 5.1 – Ketergantungan kecepatan transmisi tertentu pada rasio signal-to-noise

Setiap sistem transmisi dapat digambarkan dengan suatu titik yang terletak di bawah kurva yang ditunjukkan pada gambar (wilayah B). Kurva ini sering disebut batas atau batas Shannon. Untuk titik mana pun di area B, dimungkinkan untuk membuat sistem komunikasi yang kemungkinan kesalahan penerimaannya bisa sekecil yang diperlukan.

Sistem transmisi data modern mengharuskan kemungkinan kesalahan yang tidak terdeteksi tidak lebih tinggi dari 10-4...10-7.

Dalam teknologi komunikasi digital modern, yang paling umum adalah modulasi frekuensi (FSK), modulasi fase relatif (DPSK), modulasi fase kuadratur (QPSK), modulasi fase offset (offset), disebut O-QPSK atau SQPSK, modulasi amplitudo kuadratur ( QAM).

Dengan modulasi frekuensi, nilai “0” dan “1” dari urutan informasi sesuai dengan frekuensi tertentu dari sinyal analog dengan amplitudo konstan. Modulasi frekuensi sangat tahan terhadap noise, tetapi modulasi frekuensi menyia-nyiakan bandwidth saluran komunikasi. Oleh karena itu, jenis modulasi ini digunakan dalam protokol berkecepatan rendah yang memungkinkan komunikasi melalui saluran dengan rasio signal-to-noise yang rendah.

Dengan modulasi fase relatif, bergantung pada nilai elemen informasi, hanya fase sinyal yang berubah sedangkan amplitudo dan frekuensi tetap tidak berubah. Selain itu, setiap bit informasi tidak dikaitkan dengan nilai absolut fase, tetapi dengan perubahannya relatif terhadap nilai sebelumnya.

Lebih sering, DPSK empat fase, atau DPSK ganda, digunakan, berdasarkan transmisi empat sinyal, yang masing-masing membawa informasi tentang dua bit (dibit) dari urutan biner asli. Biasanya dua set fase digunakan: tergantung pada nilai dibit (00, 01, 10 atau 11), fase sinyal dapat berubah menjadi 0°, 90°, 180°, 270° atau 45°, 135°, 225 °, 315° masing-masing. Dalam hal ini, jika jumlah bit yang dikodekan lebih dari tiga (posisi rotasi 8 fase), kekebalan kebisingan DPSK berkurang tajam. Oleh karena itu, DPSK tidak digunakan untuk transmisi data berkecepatan tinggi.

Modem modulasi fase 4 posisi atau kuadratur digunakan dalam sistem di mana efisiensi spektral teoritis perangkat transmisi BPSK (1 bit/(s·Hz)) tidak mencukupi untuk bandwidth yang tersedia. Berbagai teknik demodulasi yang digunakan dalam sistem BPSK juga digunakan dalam sistem QPSK. Selain perluasan langsung metode modulasi biner ke kasus QPSK, modulasi 4 posisi dengan pergeseran (offset) juga digunakan. Beberapa jenis QPSK dan BPSK disajikan pada tabel. 5.1.

Dengan modulasi amplitudo kuadratur, fase dan amplitudo sinyal berubah, yang memungkinkan Anda meningkatkan jumlah bit yang dikodekan dan pada saat yang sama secara signifikan meningkatkan kekebalan kebisingan. Saat ini digunakan metode modulasi dimana jumlah bit informasi yang dikodekan dalam satu interval baud bisa mencapai 8...9, dan jumlah posisi sinyal dalam ruang sinyal bisa mencapai 256...512.

Tabel 5.1 – Jenis QPSK dan BPSK

PSK biner	PSK empat posisi	Deskripsi Singkat
BPSK	QPSK	BPSK dan QPSK koheren konvensional
DEBPSK	DEQPSK	BPSK dan QPSK koheren konvensional dengan pengkodean relatif dan SVN
DBSK	DQPSK	QPSK dengan demodulasi autokorelasi (tanpa EHV)
FBPSK		BPSK atau QPSK Dengan prosesor Feer yang dipatenkan cocok untuk sistem amplifikasi non-linier QPSK dengan shift (offset) QPSK dengan pergeseran dan pengkodean relatif QPSK dengan shift dan prosesor yang dipatenkan Feer QPSK dengan pengkodean relatif dan pergeseran fasa sebesar p/4

Representasi sinyal kuadratur adalah cara yang mudah dan cukup universal untuk mendeskripsikannya. Representasi kuadratur adalah untuk menyatakan getaran sebagai kombinasi linier dari dua komponen ortogonal - sinus dan kosinus:

S(t)=x(t)dosa(wt+(j))+y(t)cos(wt+(j)), (5.2)

dimana x(t) dan y(t) adalah besaran diskrit bipolar.

Modulasi (manipulasi) diskrit tersebut dilakukan melalui dua saluran pada pembawa yang digeser 90° relatif satu sama lain, yaitu. terletak di kuadratur (karena itulah nama representasi dan metode pembangkitan sinyal).

Mari kita jelaskan pengoperasian rangkaian kuadratur (Gbr. 5.2) menggunakan contoh pembangkitan sinyal QPSK.

Gambar 5.2 – Rangkaian modulator kuadratur

Urutan asli simbol biner durasi T dibagi, menggunakan register geser, menjadi pulsa Y ganjil, yang disuplai ke saluran kuadratur (coswt), dan pulsa genap X, disuplai ke saluran dalam fase (sinwt). Kedua rangkaian pulsa tiba pada masukan dari pembentuk pulsa manipulasi yang sesuai, pada keluaran yang rangkaian pulsa bipolar x(t) dan y(t) terbentuk.

Memanipulasi pulsa memiliki amplitudo dan durasi 2T. Pulsa x(t) dan y(t) tiba di input pengganda saluran, pada output yang membentuk osilasi termodulasi fase dua fase. Setelah dijumlahkan, mereka membentuk sinyal QPSK.

Ekspresi di atas untuk mendeskripsikan sinyal dicirikan oleh independensi timbal balik dari pulsa manipulasi multi-level x(t), y(t) dalam saluran, yaitu. Tingkat satu di satu saluran mungkin berhubungan dengan tingkat satu atau nol di saluran lain. Akibatnya, sinyal keluaran rangkaian kuadratur tidak hanya berubah fasa, tetapi juga amplitudo. Karena manipulasi amplitudo dilakukan di setiap saluran, jenis modulasi ini disebut modulasi kuadratur amplitudo.

Dengan menggunakan interpretasi geometris, setiap sinyal QAM dapat direpresentasikan sebagai vektor dalam ruang sinyal.

Dengan menandai ujung-ujung vektornya saja, untuk sinyal QAM diperoleh gambaran berupa titik sinyal yang koordinatnya ditentukan oleh nilai x(t) dan y(t). Kumpulan titik sinyal membentuk apa yang disebut konstelasi sinyal.

Pada Gambar. 5.3 menunjukkan diagram blok modulator, dan Gambar. 5.4 – konstelasi sinyal untuk kasus ketika x(t) dan y(t) mengambil nilai ±1, ±3 (QAM-4).

Gambar 5.4 – Diagram sinyal QAM-4

Nilai ±1, ±3 menentukan level modulasi dan bersifat relatif. Konstelasi ini berisi 16 titik sinyal, yang masing-masing sesuai dengan empat bit informasi yang dikirimkan.

Kombinasi level ±1, ±3, ±5 dapat membentuk konstelasi 36 titik sinyal. Namun, dari jumlah tersebut, protokol ITU-T hanya menggunakan 16 titik yang didistribusikan secara merata di ruang sinyal.

Ada beberapa cara untuk menerapkan QAM-4 secara praktis, yang paling umum adalah metode modulasi superposisi (SPM). Skema yang mengimplementasikan metode ini menggunakan dua QPSK yang identik (Gbr. 5.5).

Dengan menggunakan teknik yang sama untuk memperoleh QAM, Anda dapat memperoleh diagram implementasi praktis QAM-32 (Gbr. 5.6).

Gambar 5.5 – Rangkaian modulator QAM-16

Gambar 5.6 – Rangkaian modulator QAM-32

Memperoleh QAM-64, QAM-128 dan QAM-256 terjadi dengan cara yang sama. Skema untuk memperoleh modulasi ini tidak diberikan karena sifatnya yang rumit.

Diketahui dari teori komunikasi bahwa dengan jumlah titik yang sama pada konstelasi sinyal, kekebalan kebisingan sistem QAM dan QPSK berbeda. Dengan jumlah titik sinyal yang banyak, spektrum QAM identik dengan spektrum sinyal QPSK. Namun, sinyal QAM memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan sistem QPSK. Alasan utamanya adalah jarak antar titik sinyal pada sistem QPSK lebih kecil dibandingkan jarak antar titik sinyal pada sistem QAM.

Pada Gambar. Gambar 5.7 menunjukkan konstelasi sinyal sistem QAM-16 dan QPSK-16 dengan kekuatan sinyal yang sama. Jarak d antara titik-titik yang berdekatan dari konstelasi sinyal dalam sistem QAM dengan tingkat modulasi L ditentukan oleh ekspresi:

(5.3)

Begitu pula untuk QPSK:

(5.4)

di mana M adalah jumlah fase.

Dari ungkapan di atas dapat disimpulkan bahwa dengan peningkatan nilai M dan tingkat daya yang sama, sistem QAM lebih disukai daripada sistem QPSK. Misalnya, dengan M=16 (L = 4) dQAM = 0,47 dan dQPSK = 0,396, dan dengan M=32 (L = 6) dQAM = 0,28, dQPSK = 0,174.

Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa QAM jauh lebih efisien dibandingkan dengan QPSK, yang memungkinkan penggunaan lebih banyak modulasi multi-level dengan rasio signal-to-noise yang sama. Oleh karena itu, kita dapat menyimpulkan bahwa karakteristik QAM akan paling dekat dengan batas Shannon (Gambar 5.8) dimana: 1 – Batas Shannon, 2 – QAM, 3 – ARC posisi M, 4 – PSK posisi M.

Gambar 5.8 - Ketergantungan efisiensi spektral berbagai modulasi pada C/N

Secara umum, sistem QAM posisi M penguatan linier seperti 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM memiliki efisiensi spektral yang lebih tinggi daripada penguatan linier QPSK, yang memiliki batas efisiensi teoretis sebesar 2 bit/(s∙Hz) .

Salah satu ciri khas QAM adalah nilai daya out-of-band yang rendah (Gbr. 5.9).

Gambar 5.9 – Spektrum energi QAM-64

Penggunaan QAM multi-posisi dalam bentuknya yang murni dikaitkan dengan masalah kekebalan kebisingan yang tidak mencukupi. Oleh karena itu, di semua protokol berkecepatan tinggi modern, QAM digunakan bersama dengan trellis coding (TCM). Konstelasi sinyal TCM berisi lebih banyak titik sinyal (posisi sinyal) daripada yang diperlukan untuk modulasi tanpa pengkodean teralis. Misalnya, QAM 16-bit diubah menjadi konstelasi 32-QAM berkode teralis. Titik konstelasi tambahan memberikan redundansi sinyal dan dapat digunakan untuk deteksi dan koreksi kesalahan. Pengkodean konvolusional yang dikombinasikan dengan TCM menimbulkan ketergantungan antara titik sinyal yang berurutan. Hasilnya adalah teknik modulasi baru yang disebut modulasi Trellis. Kombinasi kode tahan kebisingan QAM tertentu yang dipilih dengan cara tertentu disebut struktur kode sinyal (SCC). SCM memungkinkan untuk meningkatkan kekebalan kebisingan dalam transmisi informasi sekaligus mengurangi persyaratan rasio signal-to-noise di saluran sebesar 3 - 6 dB. Selama proses demodulasi, sinyal yang diterima didekodekan menggunakan algoritma Viterbi. Algoritma inilah, melalui penggunaan redundansi yang diperkenalkan dan pengetahuan tentang sejarah proses penerimaan, yang memungkinkan, dengan menggunakan kriteria kemungkinan maksimum, untuk memilih titik referensi yang paling dapat diandalkan dari ruang sinyal.

Penggunaan QAM-256 memungkinkan Anda mengirimkan 8 status sinyal, yaitu 8 bit, dalam 1 baud. Ini memungkinkan Anda meningkatkan kecepatan transfer data secara signifikan. Jadi, dengan lebar jangkauan transmisi Df = 45 kHz (seperti dalam kasus kita), 1 baud, yaitu 8 bit, dapat ditransmisikan dalam interval waktu 1/Df. Maka kecepatan transmisi maksimum pada rentang frekuensi ini adalah

Karena dalam sistem ini transmisi dilakukan pada dua rentang frekuensi dengan lebar yang sama, maka kecepatan transmisi maksimum sistem ini adalah 720 kbit/s.

Karena aliran bit yang ditransmisikan tidak hanya berisi bit informasi, tetapi juga bit layanan, kecepatan informasi akan bergantung pada struktur frame yang ditransmisikan. Frame yang digunakan dalam sistem transmisi data ini dibentuk berdasarkan protokol Ethernet dan V.42 dan memiliki panjang maksimum K=1518 bit, dimana KS=64 merupakan bit layanan. Kemudian kecepatan transmisi informasi akan bergantung pada rasio bit informasi dan bit layanan

Kecepatan ini melebihi kecepatan yang ditentukan dalam spesifikasi teknis. Oleh karena itu, kita dapat menyimpulkan bahwa metode modulasi yang dipilih memenuhi persyaratan yang ditetapkan dalam spesifikasi teknis.

Karena dalam sistem ini transmisi dilakukan melalui dua rentang frekuensi secara bersamaan, maka diperlukan pengorganisasian dua modulator yang beroperasi secara paralel. Namun perlu diingat bahwa sistem dapat beralih dari rentang frekuensi utama ke rentang frekuensi cadangan. Oleh karena itu, pembangkitan dan pengendalian keempat frekuensi pembawa diperlukan. Penyintesis frekuensi yang dirancang untuk menghasilkan frekuensi pembawa terdiri dari generator sinyal referensi, pembagi, dan filter berkualitas tinggi. Generator pulsa persegi kuarsa bertindak sebagai generator sinyal referensi (Gbr. 5.10).

Gambar 5.10 - Generator dengan stabilisasi kuarsa

Untuk menilai keadaan keamanan informasi; - mengelola akses peserta rapat ke lokasi; - mengatur pemantauan pintu masuk ruang yang dialokasikan dan lingkungan sekitar selama pertemuan. 2. Sarana utama untuk memastikan perlindungan informasi akustik selama rapat adalah: - pemasangan berbagai pembangkit kebisingan, pemantauan ruangan...

Menggunakan teknologi pencetakan komputer? 10. Jelaskan tindak pidana yang diatur dalam Bab 28 KUHP Federasi Rusia “Kejahatan di bidang informasi komputer.” BAGIAN 2. PEMBERANTASAN KEJAHATAN DI BIDANG INFORMASI KOMPUTER BAB 5. PENGENDALIAN KEJAHATAN DI BIDANG TEKNOLOGI TINGGI 5.1 Pengendalian kejahatan komputer di Rusia Tindakan pengendalian...

LickSec > Komunikasi radio

Penguncian pergeseran fasa empat posisi (QPSK)

Diketahui dari teori komunikasi bahwa modulasi fasa biner BPSK mempunyai kekebalan terhadap kebisingan yang paling tinggi. Namun, dalam beberapa kasus, dengan mengurangi kekebalan kebisingan pada saluran komunikasi, throughputnya dapat ditingkatkan. Selain itu, dengan menerapkan pengkodean tahan kebisingan, area yang dicakup oleh sistem komunikasi seluler dapat direncanakan dengan lebih akurat.

Modulasi fase empat posisi menggunakan empat nilai fase pembawa. Dalam hal ini, fase y(t) dari sinyal yang dijelaskan oleh ekspresi (25) harus mengambil empat nilai: 0°, 90°, 180° dan 270°. Namun, nilai fase lain yang lebih umum digunakan: 45°, 135°, 225° dan 315°. Jenis representasi modulasi fase kuadratur ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar yang sama menunjukkan nilai bit yang disampaikan oleh setiap keadaan fase pembawa. Setiap negara bagian mengirimkan dua bit informasi berguna sekaligus. Dalam hal ini, isi bit dipilih sedemikian rupa sehingga transisi ke keadaan fase pembawa yang berdekatan karena kesalahan penerimaan menyebabkan tidak lebih dari satu kesalahan bit.

Biasanya, modulator kuadratur digunakan untuk menghasilkan sinyal modulasi QPSK. Untuk mengimplementasikan modulator kuadratur, Anda memerlukan dua pengali dan sebuah penambah. Input pengganda dapat diberikan dengan aliran bit input langsung dalam kode NRZ. Diagram blok modulator tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.

Karena dengan jenis modulasi ini, dua bit aliran bit masukan ditransmisikan sekaligus selama satu interval simbol, kecepatan simbol dari jenis modulasi ini adalah 2 bit per simbol. Ini berarti bahwa ketika mengimplementasikan modulator, aliran input harus dibagi menjadi dua komponen - komponen sefasa I dan komponen kuadratur Q. Blok berikutnya harus disinkronkan pada kecepatan simbol.

Dengan implementasi ini, spektrum sinyal pada keluaran modulator menjadi tidak terbatas dan bentuk perkiraannya ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Spektrum sinyal QPSK yang dimodulasi oleh sinyal NRZ.

Secara alami, spektrum sinyal ini dapat dibatasi menggunakan filter bandpass yang disertakan pada output modulator, tetapi hal ini tidak pernah dilakukan. Filter Nyquist jauh lebih efisien. Diagram blok modulator kuadratur sinyal QPSK, yang dibuat menggunakan filter Nyquist, ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4. Diagram blok modulator QPSK menggunakan filter Nyquist

Filter Nyquist hanya dapat diimplementasikan dengan menggunakan teknologi digital, sehingga pada rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 17, disediakan konverter digital-ke-analog (DAC) di depan modulator kuadratur. Keunikan pengoperasian filter Nyquist adalah pada interval antar titik acuan tidak boleh ada sinyal pada masukannya, oleh karena itu pada masukannya terdapat pembentuk pulsa yang mengeluarkan sinyal ke keluarannya hanya pada waktu titik acuan. Selebihnya, ada sinyal nol pada outputnya.

Contoh bentuk sinyal digital yang ditransmisikan pada keluaran filter Nyquist ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Contoh diagram pewaktuan sinyal Q untuk modulasi fase QPSK empat posisi

Karena filter Nyquist digunakan pada perangkat transmisi untuk mempersempit spektrum sinyal radio, tidak ada distorsi antarsimbol pada sinyal hanya pada titik sinyal. Hal ini terlihat jelas dari diagram mata sinyal Q yang ditunjukkan pada Gambar 6.

Selain mempersempit spektrum sinyal, penggunaan filter Nyquist menyebabkan perubahan amplitudo sinyal yang dihasilkan. Dalam interval antara titik referensi sinyal, amplitudo dapat meningkat sehubungan dengan nilai nominal atau menurun hingga hampir nol.

Untuk melacak perubahan amplitudo sinyal QPSK dan fasenya, lebih baik menggunakan diagram vektor. Diagram fasor dari sinyal yang sama ditunjukkan pada Gambar 5 dan 6 ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7 diagram vektor sinyal QPSK dengan a = 0,6

Perubahan amplitudo sinyal QPSK juga terlihat pada osilogram sinyal QPSK pada keluaran modulator. Bagian paling khas dari diagram pengaturan waktu sinyal yang ditunjukkan pada Gambar 6 dan 7 ditunjukkan pada Gambar 8. Gambar ini menunjukkan penurunan amplitudo pembawa sinyal termodulasi dan peningkatan nilainya relatif terhadap level nominal.

Gambar 8. Diagram waktu sinyal QPSK dengan a = 0,6

Sinyal pada Gambar 5...8 ditunjukkan untuk kasus penggunaan filter Nyquist dengan faktor pembulatan a = 0,6. Saat menggunakan filter Nyquist dengan nilai koefisien yang lebih rendah, pengaruh lobus samping dari respons impuls filter Nyquist akan memiliki efek yang lebih kuat dan empat jalur sinyal yang terlihat jelas pada Gambar 6 dan 7 akan bergabung menjadi satu zona kontinu. . Selain itu, lonjakan amplitudo sinyal akan meningkat relatif terhadap nilai nominalnya.

Gambar 9 – spektogram sinyal QPSK dengan a = 0,6

Kehadiran modulasi amplitudo sinyal mengarah pada fakta bahwa dalam sistem komunikasi yang menggunakan jenis modulasi ini, perlu menggunakan penguat daya yang sangat linier. Sayangnya, power amplifier tersebut memiliki efisiensi yang rendah.

Modulasi frekuensi dengan jarak frekuensi minimum MSK memungkinkan Anda mengurangi bandwidth yang ditempati oleh sinyal radio digital di udara. Namun, jenis modulasi ini pun tidak memenuhi semua persyaratan untuk sistem radio bergerak modern. Biasanya sinyal MSK pada pemancar radio disaring dengan filter konvensional. Itulah sebabnya jenis modulasi lain muncul dengan spektrum frekuensi radio yang lebih sempit di udara.

Metode modulasi yang menjanjikan dalam sistem transmisi data broadband

Saat ini, para pakar komunikasi tidak lagi terkejut dengan ungkapan misterius Spread Spectrum. Sistem transmisi data broadband (dan itulah yang tersembunyi di balik kata-kata ini) berbeda satu sama lain dalam metode dan kecepatan transmisi data, jenis modulasi, jangkauan transmisi, kemampuan layanan, dll. Artikel ini mencoba mengklasifikasikan sistem broadband berdasarkan pada modulasi yang digunakan di dalamnya.

Ketentuan dasar

Sistem transmisi data broadband (BDSTS) tunduk pada standar IEEE 802.11 terpadu dalam hal protokol, dan di bagian frekuensi radio - pada aturan seragam FCC (Komisi Komunikasi Federal AS). Namun, mereka berbeda satu sama lain dalam metode dan kecepatan transmisi data, jenis modulasi, jangkauan transmisi, kemampuan layanan, dan sebagainya.

Semua karakteristik ini penting ketika memilih aksesori broadband (oleh calon pembeli) dan basis elemen (oleh pengembang, produsen sistem komunikasi). Dalam tinjauan ini, dilakukan upaya untuk mengklasifikasikan jaringan broadband berdasarkan karakteristik yang paling sedikit tercakup dalam literatur teknis, yaitu modulasinya.

Menggunakan berbagai jenis modulasi tambahan yang digunakan bersama dengan modulasi fase (BPSK) dan fase kuadratur (QPSK) untuk meningkatkan kecepatan informasi saat mentransmisikan sinyal pita lebar dalam rentang 2,4 GHz, kecepatan transmisi informasi hingga 11 Mbit/s dapat dicapai, dengan mempertimbangkan batasan yang diberlakukan oleh FCC untuk pengoperasian dalam kisaran ini. Karena sinyal broadband diharapkan ditransmisikan tanpa memperoleh izin spektrum, karakteristik sinyal dibatasi untuk mengurangi interferensi timbal balik.

Jenis modulasi tersebut adalah berbagai bentuk modulasi ortogonal M-ary (MOK), modulasi fase pulsa (PPM), modulasi amplitudo kuadratur (QAM). Broadband juga mencakup sinyal yang diterima melalui operasi simultan beberapa saluran paralel yang dipisahkan berdasarkan frekuensi (FDMA) dan/atau waktu (TDMA). Tergantung pada kondisi spesifik, satu atau beberapa jenis modulasi dipilih.

Memilih jenis modulasi

Tugas utama dari setiap sistem komunikasi adalah mentransfer informasi dari sumber pesan ke konsumen dengan cara yang paling ekonomis. Oleh karena itu, jenis modulasi dipilih yang meminimalkan efek interferensi dan distorsi, sehingga mencapai kecepatan informasi maksimum dan tingkat kesalahan minimum. Jenis modulasi yang dipertimbangkan dipilih berdasarkan beberapa kriteria: ketahanan terhadap propagasi multipath; gangguan; jumlah saluran yang tersedia; persyaratan linearitas penguat daya; jangkauan transmisi yang dapat dicapai dan kompleksitas implementasi.

Modulasi DSSS

Sebagian besar jenis modulasi yang disajikan dalam tinjauan ini didasarkan pada sinyal pita lebar urutan langsung (DSSS), sinyal pita lebar klasik. Dalam sistem dengan DSSS, perluasan spektrum sinyal beberapa kali memungkinkan pengurangan kepadatan daya spektral sinyal dengan jumlah yang sama. Penyebaran spektrum biasanya dilakukan dengan mengalikan sinyal data pita sempit dengan sinyal penyebaran pita lebar. Sinyal penyebaran atau kode penyebaran sering disebut kode mirip derau, atau kode PN(pseudonoise). Prinsip perluasan spektrum yang dijelaskan ditunjukkan pada Gambar. 1.

Periode bit - periode bit informasi
Periode chip - periode pelacakan chip
Sinyal data - data
Kode PN - kode seperti kebisingan
Sinyal berkode - sinyal broadband
Modulasi DSSS/MOK

Sinyal rangkaian langsung pita lebar dengan modulasi ortogonal M-ary (atau disingkat modulasi MOK) telah dikenal sejak lama, namun cukup sulit untuk diimplementasikan pada komponen analog. Dengan menggunakan sirkuit mikro digital, saat ini dimungkinkan untuk menggunakan sifat unik dari modulasi ini.

Variasi MOK adalah modulasi biorthogonal M-ary (MBOK). Peningkatan kecepatan informasi dicapai dengan penggunaan beberapa kode PN ortogonal secara bersamaan dengan tetap mempertahankan tingkat pengulangan chip dan bentuk spektrum yang sama. Modulasi MBOK secara efektif menggunakan energi spektrum, yaitu memiliki rasio kecepatan transmisi terhadap energi sinyal yang cukup tinggi. Ini tahan terhadap interferensi dan propagasi multipath.

Dari yang ditunjukkan pada Gambar. 2 skema modulasi MBOK bersama dengan QPSK terlihat bahwa kode PN dipilih dari vektor M-ortogonal sesuai dengan byte data kontrol. Karena saluran I dan Q bersifat ortogonal, keduanya dapat di-MBOK secara bersamaan. Dalam modulasi biorthogonal, vektor terbalik juga digunakan, yang memungkinkan peningkatan kecepatan informasi. Himpunan vektor Walsh yang benar-benar ortogonal yang paling banyak digunakan dengan dimensi vektor yang habis dibagi 2. Jadi, menggunakan sistem vektor Walsh dengan dimensi vektor 8 dan QPSK sebagai kode PN, dengan tingkat pengulangan 11 megachip per detik dengan kepatuhan penuh dengan standar IEEE 802.11, dimungkinkan untuk mengirimkan 8 bit per simbol saluran, menghasilkan kecepatan saluran 1,375 megasimbol per detik dan kecepatan informasi 11 Mbit/s.

Modulasi memudahkan pengorganisasian kerja sama dengan sistem broadband yang beroperasi pada kecepatan chip standar dan hanya menggunakan QPSK. Dalam hal ini, header frame ditransmisikan dengan kecepatan 8 kali lebih rendah (dalam setiap kasus tertentu), yang memungkinkan sistem yang lebih lambat untuk memahami header ini dengan benar. Kemudian kecepatan transfer data meningkat.
1. Memasukkan data
2. Pengacak
3. Multiplekser 1:8
4. Pilih salah satu dari 8 fungsi Walsh
5. Pilih salah satu dari 8 fungsi Walsh
6. Keluaran saluran-I
7. Keluaran saluran Q

Secara teoritis, MBOK memiliki tingkat kesalahan (BER) yang sedikit lebih rendah dibandingkan dengan BPSK untuk rasio Eb/N0 yang sama (karena sifat pengkodeannya), menjadikannya modulasi yang paling hemat energi. Di BPSK setiap bit diproses secara independen, di MBOK karakternya dikenali. Jika dikenali secara tidak benar, ini tidak berarti bahwa semua bit dari simbol ini diterima secara tidak benar. Jadi, kemungkinan menerima simbol yang salah tidak sama dengan kemungkinan menerima bit yang salah.

Spektrum sinyal termodulasi MBOK sesuai dengan yang ditetapkan dalam standar IEEE 802.11. Saat ini, Aironet Wireless Communications, Inc. menawarkan jembatan nirkabel untuk jaringan Ethernet dan Token Ring menggunakan teknologi DSSS/MBOK dan mentransmisikan informasi melalui udara dengan kecepatan hingga 4 Mbit/s.

Imunitas multipath bergantung pada rasio Eb/N0 dan distorsi fase sinyal. Simulasi numerik transmisi sinyal broadband MBOK yang dilakukan oleh para insinyur Harris Semiconductor di dalam gedung telah mengkonfirmasi bahwa sinyal tersebut cukup kuat terhadap faktor-faktor yang mengganggu ini1. Lihat: Andren C. Teknik Modulasi 11 MBps // Buletin Semikonduktor Harris. 05/05/98.

Pada Gambar. Gambar 3 menunjukkan grafik kemungkinan menerima bingkai data yang salah (PER) sebagai fungsi jarak pada daya sinyal yang dipancarkan sebesar 15 dB/MW (untuk 5,5 Mbit/s - 20 dB/MW), yang diperoleh sebagai hasil numerik simulasi, untuk berbagai kecepatan data informasi.

Simulasi menunjukkan bahwa dengan peningkatan Es/N0, yang diperlukan untuk pengenalan simbol yang andal, PER meningkat secara signifikan dalam kondisi refleksi sinyal yang kuat. Untuk menghilangkan hal ini, penerimaan terkoordinasi oleh beberapa antena dapat digunakan. Pada Gambar. Gambar 4 menunjukkan hasil untuk kasus ini. Untuk penerimaan yang optimal, PER akan sama dengan kuadrat PER penerimaan yang tidak terkoordinasi. Saat mempertimbangkan Gambar. 3 dan 4, perlu diingat bahwa dengan PER=15%, hilangnya kecepatan informasi sebenarnya akan menjadi 30% karena kebutuhan untuk mengirimkan ulang paket yang gagal.

Prasyarat untuk menggunakan QPSK bersama dengan MBOK adalah pemrosesan sinyal yang koheren. Dalam prakteknya, hal ini dicapai dengan menerima pembukaan frame dan header menggunakan BPSK untuk mengatur loop umpan balik fase. Namun, semua ini, serta penggunaan korelator serial untuk pemrosesan sinyal yang koheren, meningkatkan kompleksitas demodulator.

Modulasi CCSK

Sinyal urutan kode siklik ortogonal M-ary pita lebar (CCSK) lebih mudah didemodulasi daripada MBOK karena hanya satu kode PN yang digunakan. Jenis modulasi ini terjadi karena pergeseran temporal pada puncak korelasi dalam suatu simbol. Dengan menggunakan kode Barker dengan panjang 11 dan kecepatan 1 megasimbol per detik, puncak dapat digeser ke salah satu dari delapan posisi. 3 posisi sisanya tidak diperbolehkan digunakan untuk meningkatkan kecepatan informasi. Dengan cara ini, tiga bit informasi dapat dikirimkan per simbol. Dengan menambahkan BPSK, Anda dapat mengirimkan satu bit informasi lagi per simbol, yaitu total 4. Hasilnya, dengan menggunakan QPSK kita mendapatkan 8 bit informasi per simbol saluran.

Masalah utama dengan PPM dan CCSK adalah sensitivitas terhadap propagasi multipath ketika penundaan antara refleksi sinyal melebihi durasi kode PN. Oleh karena itu, jenis modulasi ini sulit digunakan di dalam ruangan dengan pantulan seperti itu. CCSK cukup mudah untuk didemodulasi dan hanya memerlukan sedikit peningkatan kompleksitas dari rangkaian modulator/demodulator tradisional. Skema CCSK mirip dengan skema modulasi MBOK bersama dengan QPSK (lihat Gambar 2), hanya saja sebagai pengganti blok untuk memilih salah satu dari 8 fungsi Walsh terdapat blok pergeseran kata.

Modulasi DSSS/PPM

Sinyal modulasi fase pulsa urutan langsung pita lebar (DSSS/PPM) adalah jenis sinyal yang merupakan pengembangan lebih lanjut dari sinyal spektrum penyebaran urutan langsung.

Ide modulasi fase pulsa untuk sinyal pita lebar konvensional adalah bahwa peningkatan kecepatan informasi diperoleh dengan mengubah interval waktu antara puncak korelasi simbol yang berurutan. Modulasi ditemukan oleh Rajeev Krishnamoorthy dan Israel Bar-David di Bell Labs di Belanda.

Implementasi modulasi saat ini memungkinkan untuk menentukan delapan posisi waktu pulsa korelasi dalam interval simbol (dalam interval urutan PN). Jika teknologi ini diterapkan secara independen pada saluran I dan Q di DQPSK, maka diperoleh 64 (8x8) status informasi yang berbeda. Menggabungkan modulasi fase dengan modulasi DQPSK, yang menyediakan dua status berbeda di saluran I dan dua status berbeda di saluran Q, diperoleh 256 status (64x2x2), yang setara dengan 8 bit informasi per simbol.

Modulasi DSSS/QAM

Sinyal pita lebar modulasi amplitudo kuadratur urutan langsung (DSSS/QAM) dapat dianggap sebagai sinyal termodulasi DQPSK pita lebar klasik, di mana informasi juga ditransmisikan melalui perubahan amplitudo. Dengan menerapkan modulasi amplitudo dua tingkat dan DQPSK, diperoleh 4 status berbeda pada saluran I dan 4 status berbeda pada saluran Q. Sinyal termodulasi juga dapat dikenai modulasi fase pulsa, yang akan meningkatkan kecepatan informasi.

Salah satu keterbatasan DSSS/QAM adalah sinyal dengan modulasi seperti itu cukup sensitif terhadap propagasi multipath. Selain itu, karena penggunaan modulasi fasa dan amplitudo, rasio Eb/N0 ditingkatkan untuk mendapatkan nilai BER yang sama seperti pada MBOK.

Untuk mengurangi sensitivitas terhadap distorsi, Anda dapat menggunakan equalizer. Namun penggunaannya tidak diinginkan karena dua alasan.

Pertama, perlu menambah urutan simbol yang mengatur equalizer, yang pada gilirannya menambah panjang pembukaan. Kedua, menambahkan equalizer akan meningkatkan biaya sistem secara keseluruhan.

Modulasi kuadratur tambahan juga dapat digunakan dalam sistem dengan Frekuensi Hopping. Oleh karena itu, WaveAccess telah merilis modem dengan merek Jaguar yang menggunakan teknologi Frekuensi Hopping, modulasi QPSK bersamaan dengan 16QAM. Berbeda dengan modulasi frekuensi FSK yang diterima secara umum dalam hal ini, hal ini memungkinkan kecepatan transfer data nyata sebesar 2,2 Mbit/s. Insinyur WaveAccess percaya bahwa penggunaan teknologi DSSS dengan kecepatan lebih tinggi (hingga 10 Mbit/s) tidak praktis karena jangkauan transmisi yang pendek (tidak lebih dari 100 m).

Modulasi OCDM

Sinyal pita lebar yang dihasilkan dengan multiplexing beberapa sinyal Orthogonal Code Division Multiplex (OCDM) menggunakan beberapa saluran pita lebar secara bersamaan pada frekuensi yang sama.

Saluran dipisahkan dengan menggunakan kode PN ortogonal. Sharp telah mengumumkan modem 10 megabit yang dibuat menggunakan teknologi ini. Faktanya, 16 saluran dengan 16 chip kode ortogonal ditransmisikan secara bersamaan. BPSK diterapkan pada setiap saluran, kemudian saluran-saluran tersebut dijumlahkan menggunakan metode analog.

Data Mux - multiplekser masukan data

BPSK - modulasi fase blok

Penyebaran - blok spektrum penyebaran urutan langsung

Jumlah - penambah keluaran

Modulasi OFDM

Sinyal pita lebar, diperoleh dengan menggandakan beberapa sinyal broadband dengan ortogonal pembagian frekuensi multipleks (OFDM), mewakili transmisi simultan sinyal termodulasi fase pada frekuensi pembawa yang berbeda. Modulasi dijelaskan dalam MIL-STD 188C. Salah satu keunggulannya adalah ketahanannya yang tinggi terhadap kesenjangan spektrum akibat redaman multipath. Atenuasi pita sempit dapat mengecualikan satu atau lebih pembawa. Koneksi yang andal dipastikan dengan mendistribusikan energi simbol ke beberapa frekuensi.

Ini melebihi efisiensi spektral sistem QPSK serupa sebesar 2,5 kali lipat. Ada sirkuit mikro siap pakai yang mengimplementasikan modulasi OFDM. Secara khusus, Motorola memproduksi demodulator OFDM MC92308 dan chip OFDM "front-end" MC92309. Diagram modulator OFDM tipikal ditunjukkan pada Gambar. 6.

Data mux - multiplekser masukan data

Saluran – saluran frekuensi

BPSK - modulasi fase blok

Jumlah - penambah saluran frekuensi

Kesimpulan

Tabel perbandingan menunjukkan rating setiap jenis modulasi menurut berbagai kriteria dan rating akhir. Skor yang lebih rendah berarti skor yang lebih baik. Modulasi amplitudo kuadratur diambil untuk perbandingan saja.

Selama peninjauan, berbagai jenis modulasi yang memiliki nilai penilaian yang tidak dapat diterima untuk berbagai indikator dibuang. Misalnya, sinyal pita lebar dengan modulasi fase 16 posisi (PSK) - karena resistensi yang buruk terhadap interferensi, sinyal pita sangat lebar - karena pembatasan panjang rentang frekuensi dan kebutuhan untuk memiliki setidaknya tiga saluran untuk operasi gabungan jaringan radio terdekat.

Di antara jenis modulasi broadband yang dipertimbangkan, yang paling menarik adalah modulasi bioorthogonal M-ary - MBOK.

Sebagai kesimpulan, saya ingin mencatat modulasi, yang tidak termasuk dalam serangkaian percobaan yang dilakukan oleh para insinyur Harris Semiconductor. Kita berbicara tentang modulasi QPSK yang difilter (Filtered Quadrature Phase Shift Keying - FQPSK). Modulasi ini dikembangkan oleh Profesor Kamilo Feher dari University of California dan dipatenkan bersama dengan Didcom, Inc.

Untuk mendapatkan FQPSK, pemfilteran spektrum sinyal nonlinier di pemancar digunakan, diikuti dengan pemulihannya di penerima. Akibatnya, spektrum FQPSK menempati sekitar setengah luas dibandingkan dengan spektrum QPSK, semua parameter lainnya dianggap sama. Selain itu, PER (packet error rate) FQPSK 10-2-10-4 lebih baik dibandingkan GMSK. GSMK adalah modulasi frekuensi Gaussian, yang digunakan khususnya dalam standar komunikasi seluler digital GSM. Modulasi baru telah cukup dihargai dan digunakan dalam produk mereka oleh perusahaan seperti EIP Microwave, Lockheed Martin, L-3 Communications, serta NASA.

Tidak mungkin untuk mengatakan dengan pasti jenis modulasi apa yang akan digunakan dalam broadband di abad ke-21. Setiap tahun jumlah informasi di dunia semakin bertambah, sehingga semakin banyak pula informasi yang disampaikan melalui saluran komunikasi. Karena spektrum frekuensi merupakan sumber daya alam yang unik, kebutuhan spektrum yang digunakan oleh sistem transmisi akan terus meningkat. Oleh karena itu, pilihan metode modulasi yang paling efektif ketika mengembangkan broadband terus menjadi salah satu isu yang paling penting.