โดยที่ A และ φ 0 เป็นค่าคงที่ ω คือความถี่พาหะ
ข้อมูลถูกเข้ารหัสโดยเฟส φ(t) เนื่องจากในระหว่างดีโมดูเลชั่นที่สอดคล้องกัน เครื่องรับจะมีพาหะที่สร้างขึ้นใหม่ s C (t) = Acos(ωt +φ 0) ดังนั้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณ (2) กับพาหะ การเปลี่ยนเฟสปัจจุบัน φ(t) จะถูกคำนวณ การเปลี่ยนเฟส φ(t) เป็นแบบหนึ่งต่อหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณข้อมูล c(t)
การมอดูเลตเฟสไบนารี่ (BPSK – BinaryPhaseShiftKeying)
ชุดของค่าสัญญาณข้อมูล (0,1) ถูกกำหนดให้กับชุดของการเปลี่ยนแปลงเฟส (0, π) โดยเฉพาะ เมื่อค่าของสัญญาณข้อมูลเปลี่ยนแปลง เฟสของสัญญาณวิทยุจะเปลี่ยน 180° ดังนั้นสัญญาณ BPSK จึงสามารถเขียนได้เป็น
เพราะฉะนั้น, ส(ที)=ก⋅2(ค(ที)-1/2)cos(ωt + φ 0) ดังนั้นในการใช้การมอดูเลต BPSK ก็เพียงพอที่จะคูณสัญญาณพาหะด้วยสัญญาณข้อมูลซึ่งมีหลายค่า (-1,1) ที่เอาต์พุตของโมดูเลเตอร์เบสแบนด์สัญญาณ
ฉัน(ท)= ก⋅2(ค(ที)-1/2), Q(t)=0
รูปร่างเวลาของสัญญาณและกลุ่มดาวของสัญญาณจะแสดงในรูปที่ 3
ข้าว. 12. รูปแบบชั่วคราวและกลุ่มดาวสัญญาณของสัญญาณ BPSK: a – ข้อความดิจิทัล; b – สัญญาณมอดูเลต; c – การสั่นของ HF แบบมอดูเลต; ช– กลุ่มดาวสัญญาณ
การมอดูเลตเฟสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (QPSK – QuadraturePhaseShiftKeying)
การมอดูเลตเฟสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสคือการมอดูเลตเฟสสี่ระดับ (M=4) ซึ่งเฟสของการสั่นความถี่สูงสามารถรับค่าที่แตกต่างกัน 4 ค่าโดยเพิ่มทีละ π / 2
ความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนเฟสของการสั่นแบบมอดูเลตจากชุด (±π / 4,±3π / 4) และชุดสัญลักษณ์ข้อความดิจิทัล (00, 01, 10, 11) จะถูกสร้างขึ้นในแต่ละกรณีโดยมาตรฐานสำหรับ ช่องวิทยุและแสดงโดยกลุ่มสัญญาณคล้ายกับรูปที่ 4 ลูกศรบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนที่เป็นไปได้จากสถานะเฟสหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง
ข้าว. 13. กลุ่มดาวมอดูเลต QPSK
จะเห็นได้จากรูปที่ความสอดคล้องระหว่างค่าของสัญลักษณ์และเฟสของสัญญาณนั้นถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่จุดที่อยู่ติดกันของกลุ่มดาวสัญญาณค่าของสัญลักษณ์ที่เกี่ยวข้องจะแตกต่างกันเพียงอันเดียว นิดหน่อย. เมื่อส่งสัญญาณในสภาวะที่มีเสียงดัง ข้อผิดพลาดที่เป็นไปได้มากที่สุดคือการกำหนดเฟสของจุดกลุ่มดาวที่อยู่ติดกัน ด้วยการเข้ารหัสนี้ แม้ว่าจะมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นในการระบุความหมายของสัญลักษณ์ แต่จะสอดคล้องกับข้อผิดพลาดในข้อมูลหนึ่ง (ไม่ใช่สอง) ดังนั้น ความน่าจะเป็นของข้อผิดพลาดบิตจึงลดลง วิธีการเข้ารหัสนี้เรียกว่ารหัสสีเทา
การมอดูเลตเฟสหลายตำแหน่ง (M-PSK)
M-PSK ถูกสร้างขึ้นเช่นเดียวกับการมอดูเลตหลายตำแหน่งอื่นๆ โดยการจัดกลุ่ม k = log 2 M บิตให้เป็นสัญลักษณ์ และแนะนำการติดต่อแบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างชุดของค่าสัญลักษณ์และชุดของค่าการเปลี่ยนเฟสของรูปคลื่นมอดูเลต ค่าการเลื่อนเฟสจากชุดจะต่างกันตามปริมาณที่เท่ากัน ตัวอย่างเช่น รูปที่ 4 แสดงกลุ่มสัญญาณสำหรับ 8-PSK พร้อมการเข้ารหัสสีเทา
ข้าว. 14. กลุ่มสัญญาณมอดูเลต 8-PSK
ประเภทการปรับเฟสแอมพลิจูด (QAM)
เห็นได้ชัดว่าในการเข้ารหัสข้อมูลที่ส่งคุณสามารถใช้พารามิเตอร์คลื่นพาหะได้เพียงตัวเดียว แต่สองตัวพร้อมกัน
ระดับข้อผิดพลาดของสัญลักษณ์ขั้นต่ำจะเกิดขึ้นได้หากระยะห่างระหว่างจุดที่อยู่ติดกันในกลุ่มสัญญาณเท่ากัน กล่าวคือ การกระจายจุดในกลุ่มดาวจะสม่ำเสมอบนระนาบ ดังนั้นกลุ่มดาวสัญญาณจึงควรมีลักษณะเป็นตาข่าย การมอดูเลตด้วยกลุ่มสัญญาณประเภทนี้เรียกว่าการมอดูเลตแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (QAM - การมอดูเลตแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส)
QAM คือการมอดูเลตหลายตำแหน่ง เมื่อ M=4 มันสอดคล้องกับ QPSK ดังนั้นจึงได้รับการพิจารณาอย่างเป็นทางการสำหรับ QAM M ≥ 8 (เนื่องจากจำนวนบิตต่อสัญลักษณ์ k = log 2 M ,k∈N ดังนั้น M สามารถรับค่ากำลัง 2 เท่านั้น: 2, 4, 8, 16 ฯลฯ) ตัวอย่างเช่น รูปที่ 5 แสดงกลุ่มดาวสัญญาณ 16-QAM พร้อมการเข้ารหัสสีเทา
ข้าว. 15. 16 –กลุ่มดาวมอดูเลต QAM
ประเภทความถี่ของการมอดูเลต (FSK, MSK, M-FSK, GFSK, GMSK)
ในกรณีของการมอดูเลตความถี่ พารามิเตอร์ของการสั่นของพาหะ - ตัวพาข้อมูล - คือความถี่พาหะ ω(t) สัญญาณวิทยุมอดูเลตมีรูปแบบ:
| 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) | ||
โดยที่ ω c คือความถี่กลางคงที่ของสัญญาณ ω d คือค่าเบี่ยงเบน (การเปลี่ยนแปลง) ของความถี่ c(t) คือสัญญาณข้อมูล φ 0 คือเฟสเริ่มต้น
หากสัญญาณข้อมูลมีค่าที่เป็นไปได้ 2 ค่า การมอดูเลตความถี่ไบนารี่จะเกิดขึ้น (FSK - FrequencyShiftKeying) สัญญาณข้อมูลใน (4) เป็นแบบขั้ว กล่าวคือ รับค่า (-1,1) โดยที่ -1 สอดคล้องกับค่าของสัญญาณข้อมูลดั้งเดิม (ไม่มีขั้ว) 0 และ 1 ต่อหนึ่ง ดังนั้นด้วยการมอดูเลตความถี่ไบนารีชุดของค่าของสัญญาณข้อมูลดั้งเดิม (0,1) จึงสัมพันธ์กับชุดของค่าความถี่ของสัญญาณวิทยุมอดูเลต (ω c −ω d,ω c + ω ง) ประเภทของสัญญาณ FSK แสดงในรูปที่ 1.11
ข้าว. 16. สัญญาณ FSK: a – ข้อความข้อมูล; ข- สัญญาณมอดูเลต; c – การปรับการสั่นของ HF
จาก (4) การใช้งานโดยตรงของโมดูเลเตอร์ FSK จะเป็นดังนี้: สัญญาณ I(t) และ Q(t) มีรูปแบบ: I (t) = Acos(ω d c(t)t), Q(t) = Asin( ω ดี ค(t )t) . เนื่องจากฟังก์ชัน sin และ cos รับค่าในช่วง [-1..1] กลุ่มสัญญาณของสัญญาณ FSK จึงเป็นวงกลมที่มีรัศมี A
การมอดูเลตเฟสสี่เหลี่ยมจัตุรัส QPSK (Quadrate Phase Shift Keying) คือการมอดูเลตเฟสสี่ระดับ (M = 4) ซึ่งเฟสของการสั่นของ RF สามารถรับค่าที่แตกต่างกันได้ 4 ค่าโดยมีสเต็ปเท่ากับ
พาย/2. แต่ละ |
ค่าเฟส |
สัญญาณมอดูเลต |
|||
มีข้อมูลสองบิต เพราะว่า |
แน่นอน |
||||
ค่าเฟส |
ไม่สำคัญเลือกเลย |
||||
± π 4, ± 3 π 4 |
การโต้ตอบ |
ค่านิยม |
|||
สัญญาณมอดูเลต ± π 4, ± 3 π 4 |
และถ่ายทอด |
||||
Dibits ของลำดับข้อมูล 00, 01, 10, 11 ถูกกำหนดโดยโค้ดสีเทา (ดูรูปที่ 3.13) หรืออัลกอริธึมอื่น เห็นได้ชัดว่าค่าของสัญญาณมอดูเลตที่มีการมอดูเลต QPSK เปลี่ยนแปลงครึ่งหนึ่งบ่อยเท่ากับการมอดูเลต BPSK (ที่อัตราการถ่ายโอนข้อมูลเดียวกัน)
ซองจดหมายที่ซับซ้อน g (t) พร้อมการปรับ QPSK
เป็นสัญญาณเบสแบนด์โพลาร์แบบสุ่มหลอก ซึ่งเป็นส่วนประกอบของการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสซึ่งตามนั้น
(3.41) รับค่าตัวเลข ± 1 2 . โดยที่
ระยะเวลาของแต่ละสัญลักษณ์ของซองจดหมายที่ซับซ้อนจะยาวเป็นสองเท่าของสัญลักษณ์ในสัญญาณมอดูเลตดิจิทัลดั้งเดิม ดังที่ทราบกันดีว่าความหนาแน่นของสเปกตรัมกำลังของสัญญาณหลายระดับเกิดขึ้นพร้อมกับความหนาแน่นของสเปกตรัมกำลังของสัญญาณไบนารีที่
M = 4 และดังนั้น T s = 2T b . ดังนั้นความหนาแน่นสเปกตรัมพลังงานของสัญญาณ QPSK (สำหรับ
ความถี่บวก) ตามสมการ (3.28) ถูกกำหนดโดยนิพจน์:
P(ฉ) = K × ( |
บาป 2 |
||||
หน้า×(ฉ - ฉ |
)×2×ต |
||||
จากสมการ (3.51) เป็นไปตามว่าระยะห่างระหว่างศูนย์แรกในความหนาแน่นสเปกตรัมพลังงานของสัญญาณ QPSK เท่ากับ D f = 1 T b ซึ่งน้อยกว่าสองเท่า
สำหรับการปรับ BPSK กล่าวอีกนัยหนึ่ง ประสิทธิภาพสเปกตรัมของการมอดูเลต QPSK การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสนั้นสูงเป็นสองเท่าของประสิทธิภาพของการมอดูเลตเฟสไบนารี BPSK
เพราะ(ωc เสื้อ ) |
||||||
เป็นรูปธรรม |
||||||
มี(ที) |
เชปเปอร์ |
|||||
การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส |
บวก |
|||||
ส่วนประกอบ |
||||||
มัน) |
บาป(ωc เสื้อ ) |
|||||
เป็นรูปธรรม |
||||||
รูปที่.3.15. สัญญาณ QPSK โมดูเลเตอร์การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส
แผนภาพการทำงานของโมดูเลเตอร์ QPSK การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสจะแสดงในรูปที่ 3.15 ตัวแปลงรหัสจะรับสัญญาณดิจิทัลที่ความเร็ว R ตัวแปลงรหัสสร้างส่วนประกอบการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสของคอมเพล็กซ์
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
ซองจดหมายตามตาราง 3.2 ด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าเดิมสองเท่า ตัวกรองรูปร่างให้แถบความถี่ที่กำหนดของสัญญาณมอดูเลต (และมอดูเลตตามลำดับ) ส่วนประกอบการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสของความถี่พาหะจะจ่ายให้กับตัวคูณ RF จากวงจรสังเคราะห์ความถี่ ที่เอาต์พุตของตัวบวกจะมีสัญญาณมอดูเลต QPSK ที่เป็นผลลัพธ์ s (t) เข้า
ตาม (3.40)
ตารางที่ 3.2
การสร้างสัญญาณ QPSK
เพราะ[θk ] |
|||||||||||||||
บาป[θk ] |
|||||||||||||||
ส่วนประกอบ |
|||||||||||||||
ฉัน-ส่วนประกอบ |
|||||||||||||||
สัญญาณ QPSK เช่นเดียวกับสัญญาณ BPSK ไม่มีความถี่พาหะในสเปกตรัม และสามารถรับได้โดยใช้ตัวตรวจจับที่สอดคล้องกันเท่านั้น ซึ่งเป็นภาพสะท้อนในกระจกของวงจรโมดูเลเตอร์และ
เซนต์) |
||||||
เพราะ(ωc เสื้อ ) |
||||||
การกู้คืน |
||||||
ดิจิทัล |
||||||
บาป(ωc เสื้อ ) |
||||||
มัน)
รูปที่.3.16. สัญญาณ QPSK ดีโมดูเลเตอร์พื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
แสดงในรูปที่ 3.16
3.3.4. การมอดูเลตเฟสไบนารี่ดิฟเฟอเรนเชียล DBPSK
การไม่มีความถี่พาหะพื้นฐานในสเปกตรัมของสัญญาณมอดูเลตในบางกรณีนำไปสู่ภาวะแทรกซ้อนที่ไม่ยุติธรรมของดีมอดูเลเตอร์ในตัวรับ สัญญาณ QPSK และ BPSK สามารถรับสัญญาณได้โดยเครื่องตรวจจับที่สอดคล้องกันเท่านั้น สำหรับการใช้งานซึ่งจำเป็นต้องส่งความถี่อ้างอิงพร้อมกับสัญญาณ หรือใช้วงจรการกู้คืนพาหะพิเศษในตัวรับ การลดความซับซ้อนของวงจรเครื่องตรวจจับอย่างมีนัยสำคัญจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีการมอดูเลตเฟสในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying)
แนวคิดของการเขียนโค้ดดิฟเฟอเรนเชียลคือการสื่อถึงไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ของสัญลักษณ์ข้อมูล แต่เป็นการเปลี่ยนแปลง (หรือไม่เปลี่ยนแปลง) ที่สัมพันธ์กับค่าก่อนหน้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง อักขระที่ส่งตามมาแต่ละตัวจะมีข้อมูลเกี่ยวกับอักขระก่อนหน้า ดังนั้น เพื่อดึงข้อมูลต้นฉบับในระหว่างการดีโมดูเลชัน จึงเป็นไปได้ที่จะใช้ไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ แต่เป็นค่าสัมพัทธ์ของพารามิเตอร์มอดูเลตของความถี่พาหะเป็นสัญญาณอ้างอิง อัลกอริธึมการเข้ารหัสไบนารีดิฟเฟอเรนเชียลอธิบายโดยสูตรต่อไปนี้:
ดีเค = |
m k Å d k −1 |
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
โดยที่ ( m k ) คือลำดับไบนารีดั้งเดิม (ดีเค)-
ลำดับไบนารี่ผลลัพธ์ Å เป็นสัญลักษณ์ของการบวกโมดูโล 2
ตัวอย่างของการเข้ารหัสส่วนต่างแสดงไว้ในตาราง 3.3
ตารางที่ 3.3 |
||||||||||
การเข้ารหัสแบบดิฟเฟอเรนเชียลของไบนารี |
||||||||||
สัญญาณดิจิตอล |
||||||||||
(dk |
||||||||||
(dk |
||||||||||
การเข้ารหัสส่วนต่างของฮาร์ดแวร์ถูกนำมาใช้ในรูปแบบของวงจรหน่วงเวลาสัญญาณในช่วงเวลาเท่ากับระยะเวลาของสัญลักษณ์หนึ่งในลำดับข้อมูลไบนารี่และวงจรเพิ่มแบบโมดูโล 2 (รูปที่ 3.17)
วงจรลอจิก |
|||||
ดีเค = |
|||||
m k Å d k −1 |
|||||
สายล่าช้า
รูปที่ 3.17. ตัวเข้ารหัสสัญญาณ DBPSK แบบดิฟเฟอเรนเชียล
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
เครื่องตรวจจับที่ไม่ต่อเนื่องกันของสัญญาณ DBPSK ที่ความถี่กลางจะแสดงในรูปที่ 3.18
อุปกรณ์ตรวจจับจะหน่วงเวลาพัลส์ที่ได้รับด้วยช่วงสัญลักษณ์หนึ่งช่วง จากนั้นจึงคูณสัญลักษณ์ที่ได้รับและล่าช้า:
sk × sk −1 = d k sin(w c t )d k −1 × sin(w c t ) = 1 2 d k × d k −1 ×
หลังจากกรองโดยใช้ฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำหรือจับคู่แล้ว
เห็นได้ชัดว่าทั้งรูปร่างชั่วคราวของเปลือกที่ซับซ้อนหรือองค์ประกอบสเปกตรัมของสัญญาณ DBPSK ที่แตกต่างกันจะไม่แตกต่างจากสัญญาณ BPSK ปกติ
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
3.3.5. การปรับเฟสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสแบบดิฟเฟอเรนเชียล π/4 DQPSK
π/4 DQPSK (Differential Quadrate Phase Shift Keying) การมอดูเลตเป็นรูปแบบหนึ่งของการมอดูเลตเฟสดิฟเฟอเรนเชียลที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับสัญญาณ QPSK สี่ระดับ สัญญาณมอดูเลชั่นประเภทนี้สามารถดีมอดูเลตได้ด้วยตัวตรวจจับที่ไม่สอดคล้องกัน เช่นเดียวกับสัญญาณมอดูเลชั่น DBPSK โดยทั่วไป
ความแตกต่างระหว่างการเข้ารหัสดิฟเฟอเรนเชียลในการมอดูเลต π/4 DQPSK และการเข้ารหัสดิฟเฟอเรนเชียลในการมอดูเลต DBPSK คือการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ไม่ได้ถูกส่งผ่านในสัญลักษณ์ดิจิทัลมอดูเลต แต่ในพารามิเตอร์มอดูเลต ในกรณีนี้คือเฟส อัลกอริธึมสำหรับการสร้างสัญญาณมอดูเลตอธิบายไว้ในตารางที่ 3.4
ตารางที่ 3.4
อัลกอริธึมการสร้างสัญญาณ π/4 DQPSK
ข้อมูล |
|||||
เดบิตเลย |
|||||
เพิ่มขึ้น |
ϕ = π 4 |
ϕ = 3 π 4 |
ϕ = −3 π 4 |
ϕ = − π 4 |
|
มุมเฟส |
|||||
ส่วนประกอบ Q |
Q = บาป (θk ) = บาป (θk − 1 + |
||||
ฉัน-ส่วนประกอบ |
I = cos(θ k ) = cos(θ k − 1 + |
||||
แต่ละ dibit ของลำดับข้อมูลดั้งเดิมจะสัมพันธ์กับการเพิ่มเฟสของความถี่พาหะ การเพิ่มมุมเฟสเป็นผลคูณของ π/4 ดังนั้นมุมเฟสสัมบูรณ์ θ k สามารถรับค่าที่แตกต่างกันแปดค่าโดยเพิ่มขึ้นทีละน้อย
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
π/4 และแต่ละองค์ประกอบการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสของซองจดหมายเชิงซ้อนคือหนึ่งในห้าค่าที่เป็นไปได้:
0, ±1 2, ±1 การเปลี่ยนจากเฟสหนึ่งของความถี่พาหะไปยังอีกเฟสหนึ่งสามารถอธิบายได้โดยใช้แผนภาพสถานะในรูปที่ 3.13 สำหรับ M = 8 โดยการเลือกค่าสัมบูรณ์ของเฟสความถี่พาหะจากสี่ตำแหน่งสลับกัน
แผนภาพบล็อกของโมดูเลเตอร์ π/4 DQPSK แสดงในรูปที่ 3.19 สัญญาณมอดูเลตดิจิทัลไบนารีดั้งเดิมจะเข้าสู่ตัวแปลงเฟสโค้ด ในตัวแปลง หลังจากหน่วงเวลาสัญญาณไปหนึ่งช่วงสัญลักษณ์ ค่าดิบิตปัจจุบันและการเพิ่มเฟสที่สอดคล้องกัน φ k ของความถี่พาหะจะถูกกำหนด นี้
การเพิ่มเฟสจะถูกป้อนให้กับเครื่องคิดเลขของส่วนประกอบพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส I Q ของซองจดหมายที่ซับซ้อน (ตารางที่ 3.3) ออก
เครื่องคิดเลข IQ มี 5 ระดับ
สัญญาณดิจิตอลที่มีระยะเวลาพัลส์สองครั้ง |
||||||||||
Q = cos(θk –1 + Δφ) |
ตัวกรองการสร้างรูปร่าง |
|||||||||
เพราะ(ωc เสื้อ ) |
||||||||||
Δφk |
||||||||||
สัปดาห์(t) |
||||||||||
ตัวแปลง |
||||||||||
Δφk |
||||||||||
บาป(ωc เสื้อ ) |
||||||||||
ผม = บาป(θk –1 + Δφ) |
ตัวกรองการสร้างรูปร่าง |
|||||||||
รูปที่.3.19. แผนภาพการทำงานของโมดูเลเตอร์ π/4 DQPSK |
||||||||||
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
เกินระยะเวลาพัลส์ของสัญญาณดิจิตอลไบนารีดั้งเดิม ถัดไป การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส I (t), Q (t) ส่วนประกอบของซองจดหมายที่ซับซ้อนผ่าน
ตัวกรองการสร้างรูปร่างและป้อนให้กับตัวคูณความถี่สูงเพื่อสร้างองค์ประกอบการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสของสัญญาณความถี่สูง ที่เอาต์พุตของตัวบวกความถี่สูงจะมีรูปแบบสมบูรณ์
π/4 สัญญาณ DQPSK
ตัวดีโมดูเลเตอร์สัญญาณ π/4 DQPSK (รูปที่ 3.20) ได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับส่วนประกอบพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสของสัญญาณมอดูเลต และมีโครงสร้างคล้ายกับโครงสร้างของตัวดีโมดูเลเตอร์สัญญาณ DBPSK สัญญาณ RF อินพุต r (t) = cos(ω c t + θ k) ที่ความถี่กลาง
ริ(ที)
ร(ที)
ความล่าช้า τ = T s
มี(t) อุปกรณ์การตัดสินใจ
การเปลี่ยนเฟส Δφ = π/2
rQ(t)
รูปที่.3.20. สัญญาณดีโมดูเลเตอร์ π/4 DQPSK ที่ความถี่กลาง
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
ไปที่อินพุตของวงจรหน่วงเวลาและตัวคูณ RF สัญญาณที่เอาต์พุตของตัวคูณแต่ละตัว (หลังจากถอดส่วนประกอบความถี่สูงออก) มีรูปแบบ:
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) |
||
ตัวแก้ปัญหาจะวิเคราะห์สัญญาณเบสแบนด์ที่เอาต์พุตของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านแต่ละตัว เครื่องหมายและขนาดของการเพิ่มมุมเฟสจะถูกกำหนด และผลที่ตามมาคือค่าของดิบิตที่ได้รับ การใช้งานฮาร์ดแวร์ของดีมอดูเลเตอร์ที่ความถี่กลาง (ดูรูปที่ 3.20) ไม่ใช่เรื่องง่ายเนื่องจากมีข้อกำหนดสูงสำหรับความแม่นยำและความเสถียรของวงจรหน่วงเวลาความถี่สูง เวอร์ชันทั่วไปของวงจรดีมอดูเลเตอร์สัญญาณ π/4 DQPSK ที่มีการถ่ายโอนสัญญาณมอดูเลตโดยตรงไปยังช่วงเบสแบนด์ ดังแสดงในรูปที่ 3.21
ร(ที) |
r11(ที) |
rQ(t) |
|||||||||
τ = T ส |
|||||||||||
cos(ωc เสื้อ + γ) |
r1(ที) |
r12(ที) |
ริ(ที) |
||||||||
r21(ที) |
|||||||||||
บาป(ωc t + γ) |
|
r2(ที) |
|
r22(ที) |
|
τ = T ส |
|
รูปที่.3.21. สัญญาณดีโมดูเลเตอร์ π/4 QPSK ในช่วงเบสแบนด์
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
การถ่ายโอนสัญญาณมอดูเลตโดยตรงไปยังช่วงเบสแบนด์ช่วยให้คุณนำไปใช้ได้อย่างเต็มที่
การถ่ายโอนสเปกตรัมการสั่นแบบมอดูเลตไปยังช่วงเบสแบนด์ สัญญาณอ้างอิงที่จ่ายให้กับอินพุตของตัวคูณ RF เช่นกัน จะไม่ล็อคเฟสด้วยความถี่พาหะของการสั่นแบบมอดูเลต เป็นผลให้สัญญาณเบสแบนด์ที่เอาต์พุตของตัวกรองความถี่ต่ำผ่านมีการเปลี่ยนเฟสโดยพลการ ซึ่งถือว่าคงที่ในช่วงเวลาสัญลักษณ์:
(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) |
|||
โดยที่ γ คือการเปลี่ยนเฟสระหว่างสัญญาณที่ได้รับและสัญญาณอ้างอิง
สัญญาณเบสแบนด์ดีมอดูเลตจะถูกป้อนไปยังวงจรหน่วงเวลา 2 วงจรและตัวคูณเบสแบนด์ 4 ตัว ที่เอาต์พุตซึ่งมีสัญญาณต่อไปนี้เกิดขึ้น:
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)
อันเป็นผลมาจากการรวมสัญญาณเอาท์พุตของตัวคูณ การเปลี่ยนเฟสโดยพลการ γ จะถูกกำจัด เหลือเพียงข้อมูลเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้นของมุมเฟสของความถี่พาหะ Δφ:
ดีเจเค);
r ฉัน (t) = r 12 (t) + r 21 (t) =
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 )
การใช้วงจรหน่วงเวลาในช่วงเบสแบนด์และ
การประมวลผลสัญญาณ demodulated แบบดิจิทัลที่ตามมาจะช่วยเพิ่มความเสถียรของวงจรและความน่าเชื่อถือของการรับข้อมูลอย่างมาก
3.3.6. การมอดูเลตเฟสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส
OQPS (การคีย์การเปลี่ยนเฟสออฟเซ็ต Quadrate) เป็นกรณีพิเศษของ QPSK ขอบเขตความถี่พาหะของสัญญาณ QPSK นั้นคงที่ในทางทฤษฎี อย่างไรก็ตาม เมื่อย่านความถี่ของสัญญาณมอดูเลตมีจำกัด คุณสมบัติของความคงตัวของแอมพลิจูดของสัญญาณมอดูเลตเฟสจะสูญหายไป เมื่อส่งสัญญาณด้วยการปรับ BPSK หรือ QPSK การเปลี่ยนเฟสในช่วงเวลาสัญลักษณ์อาจเป็น π หรือ p 2 อย่างสังหรณ์ใจ
เป็นที่แน่ชัดว่ายิ่งการกระโดดทันทีในระยะพาหะมากเท่าใด AM ที่มาพร้อมกันก็จะยิ่งมากขึ้นเมื่อสเปกตรัมของสัญญาณถูกจำกัด ในความเป็นจริง ยิ่งขนาดของการเปลี่ยนแปลงทันทีในแอมพลิจูดของสัญญาณมากขึ้นเมื่อเฟสของมันเปลี่ยน ขนาดของฮาร์โมนิคของสเปกตรัมที่สอดคล้องกับการกระโดดในครั้งนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อสเปกตรัมสัญญาณมีจำกัด
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
ขนาดของ AM ภายในผลลัพธ์จะเป็นสัดส่วนกับขนาดของการกระโดดเฟสทันทีในความถี่พาหะ
ในสัญญาณ QPSK คุณสามารถจำกัดการกระโดดของเฟสพาหะสูงสุดได้ หากคุณใช้ไทม์ชิฟต์ของ T b ระหว่างช่อง Q และ I เช่น ป้อนองค์ประกอบ
ความล่าช้าของค่า Tb ในช่อง Q หรือ I การใช้งาน
การเปลี่ยนเวลาจะนำไปสู่ความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงเฟสที่จำเป็นโดยสมบูรณ์จะเกิดขึ้นในสองขั้นตอน: ขั้นแรกสถานะของช่องหนึ่งจะเปลี่ยน (หรือไม่เปลี่ยนแปลง) จากนั้นอีกช่องหนึ่ง รูปที่ 3.22 แสดงลำดับของมอดูเลตพัลส์ Q (t) และ I (t) เข้า
ช่องสี่เหลี่ยมจัตุรัสสำหรับการมอดูเลต QPSK ทั่วไป
ถาม(ที)
มัน) |
||||||||||||||||
ฉัน(t– Tb) |
||||||||||||||||
2ท |
||||||||||||||||
รูปที่.3.22. การมอดูเลตสัญญาณในช่อง I/Q ด้วย QPSK
และการมอดูเลต OQPSK
ระยะเวลาของแต่ละพัลส์คือ T s = 2 T b . เฟสผู้ให้บริการจะเปลี่ยนเมื่อเปลี่ยนสัญลักษณ์ใดๆ ใน I หรือ Q
PDF ที่สร้างด้วย FinePrint pdfFactory Pro เวอร์ชันทดลองใช้งาน http://www.fineprint.com
5. ภาพรวมของประเภทการปรับ
การเปลี่ยนแปลงของการสั่นของฮาร์มอนิกของพาหะ (พารามิเตอร์หนึ่งตัวขึ้นไป) ตามกฎแห่งการเปลี่ยนแปลงในลำดับข้อมูลที่ส่งเรียกว่าการมอดูเลต เมื่อส่งสัญญาณดิจิทัลในรูปแบบอะนาล็อก จะทำงานโดยใช้แนวคิดของการยักย้าย
วิธีการมอดูเลชั่นมีบทบาทสำคัญในการบรรลุอัตราการส่งข้อมูลสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับความน่าจะเป็นของการรับสัญญาณที่ผิดพลาด ความสามารถสูงสุดของระบบส่งกำลังสามารถประเมินได้โดยใช้สูตรแชนนอนที่รู้จักกันดีซึ่งกำหนดการพึ่งพาความจุ C ของช่องสัญญาณต่อเนื่องพร้อมสัญญาณรบกวนเกาส์เซียนสีขาวบนย่านความถี่ที่ใช้ F และอัตราส่วนของสัญญาณและพลังเสียง Pc/ ป.ล.
โดยที่ PC คือกำลังสัญญาณเฉลี่ย
PSh คือกำลังเสียงเฉลี่ยในย่านความถี่
แบนด์วิดท์ถูกกำหนดให้เป็นขีดจำกัดบนของอัตราการส่งข้อมูลจริง V นิพจน์ข้างต้นช่วยให้เราสามารถค้นหาค่าสูงสุดของอัตราการส่งข้อมูลที่สามารถทำได้ในช่อง Gaussian ด้วยค่าที่กำหนด: ความกว้างของช่วงความถี่ที่ การส่งสัญญาณเกิดขึ้น (DF) และอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน (PC/RSH)
ความน่าจะเป็นของการรับบิตที่ผิดพลาดในระบบส่งสัญญาณเฉพาะนั้นถูกกำหนดโดยอัตราส่วน PC/РШ จากสูตรของแชนนอน พบว่าการเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลจำเพาะ V/DF จำเป็นต้องเพิ่มต้นทุนพลังงาน (PC) ต่อบิต การขึ้นอยู่กับความเร็วในการส่งข้อมูลเฉพาะกับอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนจะแสดงในรูปที่ 1 5.1.
รูปที่ 5.1 - การขึ้นอยู่กับความเร็วในการส่งข้อมูลเฉพาะกับอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน
ระบบส่งกำลังใดๆ สามารถอธิบายได้ด้วยจุดที่อยู่ต่ำกว่าเส้นโค้งที่แสดงในรูป (ภูมิภาค B) เส้นโค้งนี้มักเรียกว่าขอบเขตหรือขีดจำกัดแชนนอน สำหรับจุดใดๆ ในพื้นที่ B คุณสามารถสร้างระบบการสื่อสารที่มีความน่าจะเป็นที่จะรับข้อผิดพลาดได้น้อยตามที่ต้องการ
ระบบที่ทันสมัยการส่งข้อมูลกำหนดให้ความน่าจะเป็นของข้อผิดพลาดที่ตรวจไม่พบไม่สูงกว่า 10-4...10-7
ในเทคโนโลยีการสื่อสารดิจิทัลสมัยใหม่ สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการมอดูเลตความถี่ (FSK), การมอดูเลตเฟสสัมพัทธ์ (DPSK), การมอดูเลตเฟสสี่เหลี่ยมจัตุรัส (QPSK), การมอดูเลตเฟสออฟเซ็ต (ออฟเซ็ต) เรียกว่า O-QPSK หรือ SQPSK, การมอดูเลตแอมพลิจูดสี่เหลี่ยมจัตุรัส ( กอ.ม.)
ด้วยการมอดูเลตความถี่ ค่า "0" และ "1" ของลำดับข้อมูลจะสอดคล้องกับความถี่หนึ่งของสัญญาณอะนาล็อกที่มีแอมพลิจูดคงที่ การมอดูเลตความถี่นั้นทนทานต่อเสียงรบกวนได้มาก แต่การมอดูเลตความถี่จะทำให้แบนด์วิธของช่องสัญญาณสื่อสารเปลือง ดังนั้นการมอดูเลตประเภทนี้จึงใช้ในโปรโตคอลความเร็วต่ำที่ช่วยให้สามารถสื่อสารผ่านช่องสัญญาณที่มีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนต่ำ
ด้วยการมอดูเลตเฟสสัมพัทธ์ ขึ้นอยู่กับค่าขององค์ประกอบข้อมูล เฉพาะเฟสของสัญญาณเท่านั้นที่จะเปลี่ยนแปลง ในขณะที่แอมพลิจูดและความถี่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ยิ่งไปกว่านั้น แต่ละบิตข้อมูลไม่ได้เชื่อมโยงกับค่าสัมบูรณ์ของเฟส แต่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงที่สัมพันธ์กับค่าก่อนหน้า
บ่อยครั้งที่มีการใช้ DPSK สี่เฟสหรือ DPSK สองเท่า โดยอาศัยการส่งสัญญาณสี่สัญญาณ ซึ่งแต่ละสัญญาณมีข้อมูลเกี่ยวกับสองบิต (ดิบิต) ของลำดับไบนารี่ดั้งเดิม โดยทั่วไปจะใช้ชุดเฟสสองชุด: ขึ้นอยู่กับค่าดิบิต (00, 01, 10 หรือ 11) เฟสของสัญญาณสามารถเปลี่ยนเป็น 0°, 90°, 180°, 270° หรือ 45°, 135°, 225 °, 315° ตามลำดับ ในกรณีนี้ หากจำนวนบิตที่เข้ารหัสมากกว่าสาม (ตำแหน่งการหมุน 8 เฟส) ภูมิคุ้มกันทางเสียงของ DPSK จะลดลงอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ DPSK จึงไม่ได้ใช้สำหรับการส่งข้อมูลความเร็วสูง
โมเด็มมอดูเลชั่นเฟส 4 ตำแหน่งหรือการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสใช้ในระบบที่ประสิทธิภาพสเปกตรัมตามทฤษฎีของอุปกรณ์ส่งสัญญาณ BPSK (1 บิต/(s·Hz)) ไม่เพียงพอสำหรับแบนด์วิธที่มีอยู่ เทคนิคดีโมดูเลชั่นต่างๆ ที่ใช้ในระบบ BPSK ก็ใช้ในระบบ QPSK เช่นกัน นอกเหนือจากการขยายวิธีการมอดูเลตแบบไบนารีโดยตรงไปยังกรณีของ QPSK แล้ว ยังใช้การมอดูเลต 4 ตำแหน่งพร้อมการเปลี่ยน (ออฟเซ็ต) อีกด้วย QPSK และ BPSK บางพันธุ์แสดงไว้ในตาราง 1 5.1.
ด้วยการมอดูเลตแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสทั้งเฟสและแอมพลิจูดของการเปลี่ยนแปลงสัญญาณซึ่งช่วยให้คุณสามารถเพิ่มจำนวนบิตที่เข้ารหัสและในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงภูมิคุ้มกันทางเสียงได้อย่างมาก ในปัจจุบัน มีการใช้วิธีการมอดูเลชั่น โดยจำนวนบิตข้อมูลที่เข้ารหัสในช่วงบอดหนึ่งช่วงสามารถสูงถึง 8...9 และจำนวนตำแหน่งสัญญาณในพื้นที่สัญญาณสามารถสูงถึง 256...512
ตารางที่ 5.1 – ประเภทของ QPSK และ BPSK
| ไบนารี PSK | PSK สี่ตำแหน่ง | คำอธิบายสั้น |
| บีพีเอสเค | คิวพีเอสเค | BPSK และ QPSK ที่สอดคล้องกันทั่วไป |
| เดปป์สเค | เดคิวพีเอสเค | BPSK และ QPSK ที่สอดคล้องกันทั่วไปพร้อมการเข้ารหัสสัมพันธ์และ SVN |
| ดงบังชินกิ | ดีคิวพีเอสเค | QPSK พร้อม demodulation แบบอัตโนมัติ (ไม่มี EHV) |
| เอฟบีพีเอสเค | BPSK หรือ QPSK พร้อมตัวประมวลผล Feer ที่ได้รับการจดสิทธิบัตร เหมาะสำหรับระบบขยายสัญญาณที่ไม่ใช่เชิงเส้น QPSK พร้อมกะ (ออฟเซ็ต) QPSK พร้อม shift และการเข้ารหัสแบบสัมพันธ์ QPSK พร้อมโปรเซสเซอร์ที่จดสิทธิบัตรของ shift และ Feer QPSK พร้อมการเข้ารหัสสัมพันธ์และการเปลี่ยนเฟสเป็น p/4 |
การแสดงสัญญาณการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสเป็นวิธีที่สะดวกและเป็นสากลในการอธิบาย การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสคือการแสดงการสั่นสะเทือนเป็นผลรวมเชิงเส้นขององค์ประกอบตั้งฉากสองส่วน - ไซน์และโคไซน์:
S(t)=x(t)บาป(wt+(j))+y(t)cos(wt+(j)), (5.2)
โดยที่ x(t) และ y(t) เป็นปริมาณที่ไม่ต่อเนื่องแบบไบโพลาร์
การมอดูเลตแบบไม่ต่อเนื่อง (การจัดการ) ดังกล่าวดำเนินการผ่านสองช่องสัญญาณบนพาหะที่ถูกเลื่อน 90° สัมพันธ์กัน กล่าวคือ ตั้งอยู่ในพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (จึงเป็นชื่อของวิธีการแสดงและการสร้างสัญญาณ)
ให้เราอธิบายการทำงานของวงจรการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (รูปที่ 5.2) โดยใช้ตัวอย่างการสร้างสัญญาณ QPSK
รูปที่ 5.2 - วงจรโมดูเลเตอร์การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส
ลำดับดั้งเดิมของสัญลักษณ์ไบนารี่ของระยะเวลา T จะถูกแบ่งโดยใช้รีจิสเตอร์ shift ให้เป็นพัลส์ Y คี่ ซึ่งจ่ายให้กับช่องสี่เหลี่ยมจัตุรัส (coswt) และแม้แต่พัลส์ X ที่จ่ายให้กับช่องสัญญาณในเฟส (sinwt) ลำดับพัลส์ทั้งสองมาถึงที่อินพุตของตัวจัดรูปแบบพัลส์ที่ควบคุมที่สอดคล้องกัน ที่เอาต์พุตซึ่งมีลำดับของพัลส์ไบโพลาร์ x(t) และ y(t) เกิดขึ้น
การจัดการพัลส์มีแอมพลิจูดและระยะเวลา 2T พัลส์ x(t) และ y(t) มาถึงอินพุตของตัวคูณแชนเนล ที่เอาต์พุตซึ่งมีการออสซิลเลชันแบบมอดูเลตแบบสองเฟสเกิดขึ้น หลังจากสรุปแล้ว พวกมันจะสร้างสัญญาณ QPSK
การแสดงออกข้างต้นเพื่ออธิบายสัญญาณนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยความเป็นอิสระซึ่งกันและกันของพัลส์การจัดการหลายระดับ x(t), y(t) ในช่องสัญญาณเช่น ระดับหนึ่งในช่องหนึ่งอาจสอดคล้องกับระดับหนึ่งหรือศูนย์ในอีกช่องหนึ่ง เป็นผลให้สัญญาณเอาท์พุตของวงจรการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสเปลี่ยนแปลงไม่เพียง แต่ในเฟสเท่านั้น แต่ยังรวมถึงแอมพลิจูดด้วย เนื่องจากการยักย้ายแอมพลิจูดจะดำเนินการในแต่ละแชนเนล การมอดูเลตประเภทนี้จึงเรียกว่าการมอดูเลตแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส
การใช้การตีความทางเรขาคณิต สัญญาณ QAM แต่ละรายการสามารถแสดงเป็นเวกเตอร์ในพื้นที่สัญญาณได้
โดยการทำเครื่องหมายเฉพาะส่วนท้ายของเวกเตอร์ สำหรับสัญญาณ QAM เราจะได้ภาพในรูปแบบของจุดสัญญาณ พิกัดที่กำหนดโดยค่า x(t) และ y(t) ชุดของจุดสัญญาณก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่ากลุ่มดาวสัญญาณ
ในรูป 5.3 แสดงบล็อกไดอะแกรมของโมดูเลเตอร์ และรูปที่ 1 5.4 – กลุ่มดาวสัญญาณสำหรับกรณีที่ x(t) และ y(t) รับค่า ±1, ±3 (QAM-4)
รูปที่ 5.4 – แผนภาพสัญญาณ QAM-4
ค่า ±1, ±3 จะกำหนดระดับการมอดูเลตและสัมพันธ์กันโดยธรรมชาติ กลุ่มดาวประกอบด้วยจุดสัญญาณ 16 จุด ซึ่งแต่ละจุดสอดคล้องกับบิตข้อมูลที่ส่งสี่บิต
การรวมกันของระดับ ±1, ±3, ±5 สามารถก่อตัวเป็นกลุ่มดาวที่มีจุดสัญญาณ 36 จุด อย่างไรก็ตาม ในจำนวนนี้ โปรโตคอล ITU-T ใช้เพียง 16 จุดกระจายเท่าๆ กันในพื้นที่สัญญาณ
มีหลายวิธีในการใช้งาน QAM-4 ในทางปฏิบัติ วิธีที่พบบ่อยที่สุดคือวิธีการที่เรียกว่า superposition modulation (SPM) โครงการที่ใช้วิธีนี้ใช้ QPSK ที่เหมือนกันสองตัว (รูปที่ 5.5)
เมื่อใช้เทคนิคเดียวกันในการรับ QAM คุณสามารถรับไดอะแกรมสำหรับการใช้งานจริงของ QAM-32 (รูปที่ 5.6)
รูปที่ 5.5 – วงจรโมดูเลเตอร์ QAM-16
รูปที่ 5.6 – วงจรโมดูเลเตอร์ QAM-32
การได้รับ QAM-64, QAM-128 และ QAM-256 เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน แผนการรับการปรับเหล่านี้ไม่ได้ถูกกำหนดไว้เนื่องจากลักษณะที่ยุ่งยาก
จากทฤษฎีการสื่อสารเป็นที่ทราบกันว่าเมื่อมีจุดในกลุ่มสัญญาณเท่ากัน ภูมิคุ้มกันทางเสียงของระบบ QAM และ QPSK จะแตกต่างกัน เมื่อมีจุดสัญญาณจำนวนมาก สเปกตรัม QAM จะเหมือนกันกับสเปกตรัมของสัญญาณ QPSK อย่างไรก็ตาม สัญญาณ QAM มี ลักษณะที่ดีที่สุดมากกว่าระบบ QPSK สาเหตุหลักก็คือระยะห่างระหว่างจุดสัญญาณในระบบ QPSK นั้นน้อยกว่าระยะห่างระหว่างจุดสัญญาณในระบบ QAM
ในรูป รูปที่ 5.7 แสดงกลุ่มดาวสัญญาณของระบบ QAM-16 และ QPSK-16 ที่มีความแรงของสัญญาณเท่ากัน ระยะห่าง d ระหว่างจุดที่อยู่ติดกันของกลุ่มดาวสัญญาณในระบบ QAM ที่มีระดับการมอดูเลต L ถูกกำหนดโดยนิพจน์:
(5.3)
ในทำนองเดียวกันสำหรับ QPSK:
(5.4)
โดยที่ M คือจำนวนเฟส
จากนิพจน์ข้างต้น ตามมาว่าเมื่อค่า M เพิ่มขึ้นและระดับพลังงานเท่ากัน ระบบ QAM จะดีกว่าระบบ QPSK ตัวอย่างเช่น ด้วย M=16 (L = 4) dQAM = 0.47 และ dQPSK = 0.396 และด้วย M=32 (L = 6) dQAM = 0.28, dQPSK = 0.174
ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่า QAM มีประสิทธิภาพมากกว่ามากเมื่อเทียบกับ QPSK ซึ่งช่วยให้สามารถใช้การมอดูเลตหลายระดับได้มากขึ้นโดยมีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนเท่ากัน ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าคุณลักษณะ QAM จะอยู่ใกล้กับขอบเขต Shannon มากที่สุด (รูปที่ 5.8) โดยที่: 1 – ขอบเขต Shannon, 2 – QAM, 3 – ARC ตำแหน่ง M, 4 – PSK ตำแหน่ง M
รูปที่ 5.8 - การขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพสเปกตรัมของการมอดูเลตต่างๆ บน C/N
โดยทั่วไป ระบบ QAM ตำแหน่ง M อัตราขยายเชิงเส้น เช่น 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM มีประสิทธิภาพสเปกตรัมสูงกว่า QPSK อัตราขยายเชิงเส้น ซึ่งมีขีดจำกัดประสิทธิภาพทางทฤษฎีที่ 2 บิต/(s∙Hz)
หนึ่งในคุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของ QAM คือค่าพลังงานนอกย่านความถี่ที่ต่ำ (รูปที่ 5.9)
รูปที่ 5.9 – สเปกตรัมพลังงานของ QAM-64
การใช้ QAM หลายตำแหน่งในรูปแบบบริสุทธิ์นั้นสัมพันธ์กับปัญหาภูมิคุ้มกันเสียงไม่เพียงพอ ดังนั้นในโปรโตคอลความเร็วสูงสมัยใหม่ทั้งหมด QAM จึงใช้ร่วมกับการเข้ารหัสโครงสร้างบังตาที่เป็นช่อง (TCM) กลุ่มสัญญาณ TCM มีจุดสัญญาณ (ตำแหน่งสัญญาณ) มากกว่าที่จำเป็นสำหรับการปรับโดยไม่ต้องเข้ารหัสโครงสร้างบังตาที่เป็นช่อง ตัวอย่างเช่น QAM 16 บิตแปลงเป็นกลุ่มดาว 32-QAM ที่เข้ารหัสด้วยโครงสร้างบังตาที่เป็นช่อง จุดกลุ่มดาวเพิ่มเติมจะทำให้เกิดความซ้ำซ้อนของสัญญาณ และสามารถใช้สำหรับการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด การเข้ารหัสแบบ Convolutional รวมกับ TCM ทำให้เกิดการพึ่งพาระหว่างจุดสัญญาณที่ต่อเนื่องกัน ผลลัพธ์ที่ได้คือเทคนิคการมอดูเลตแบบใหม่ที่เรียกว่า Trellis modulation การรวมกันของรหัสป้องกันเสียงรบกวน QAM เฉพาะที่เลือกด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเรียกว่าโครงสร้างรหัสสัญญาณ (SCC) SCM ช่วยให้สามารถเพิ่มภูมิคุ้มกันทางเสียงของการส่งข้อมูลได้ พร้อมทั้งลดข้อกำหนดสำหรับอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนในช่องสัญญาณลง 3 - 6 dB ในระหว่างกระบวนการดีโมดูเลชั่น สัญญาณที่ได้รับจะถูกถอดรหัสโดยใช้อัลกอริธึม Viterbi อัลกอริธึมนี้ใช้ความซ้ำซ้อนที่แนะนำและความรู้เกี่ยวกับประวัติของกระบวนการรับสัญญาณ ซึ่งอนุญาตให้ใช้เกณฑ์ความเป็นไปได้สูงสุด เพื่อเลือกจุดอ้างอิงที่เชื่อถือได้มากที่สุดจากพื้นที่สัญญาณ
การใช้ QAM-256 ช่วยให้คุณสามารถส่งสถานะสัญญาณ 8 สถานะนั่นคือ 8 บิตใน 1 บอด สิ่งนี้ช่วยให้คุณเพิ่มความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลได้อย่างมาก ดังนั้น ด้วยความกว้างของช่วงการส่งข้อมูล Df = 45 kHz (ดังในกรณีของเรา) 1 บอด ซึ่งก็คือ 8 บิต จึงสามารถส่งในช่วงเวลา 1/Df ได้ จากนั้นความเร็วการส่งข้อมูลสูงสุดในช่วงความถี่นี้จะเท่ากับ
เนื่องจากในระบบนี้การส่งข้อมูลจะดำเนินการบนช่วงความถี่สองช่วงที่มีความกว้างเท่ากัน ความเร็วการส่งข้อมูลสูงสุดของระบบนี้จะอยู่ที่ 720 kbit/s
เนื่องจากสตรีมบิตที่ส่งไม่เพียงประกอบด้วยบิตข้อมูลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงบิตบริการด้วย ความเร็วข้อมูลจึงขึ้นอยู่กับโครงสร้างของเฟรมที่ส่ง เฟรมที่ใช้ในระบบการส่งข้อมูลนี้สร้างขึ้นบนพื้นฐานของโปรโตคอลอีเธอร์เน็ตและ V.42 และมีความยาวสูงสุด K=1518 บิต ซึ่ง KS=64 เป็นบิตบริการ จากนั้นความเร็วในการส่งข้อมูลจะขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของบิตข้อมูลและบิตบริการ
ความเร็วนี้เกินความเร็วที่ระบุในข้อกำหนดทางเทคนิค ดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้ว่าวิธีการมอดูเลตที่เลือกนั้นเป็นไปตามข้อกำหนดที่กำหนดไว้ในข้อกำหนดทางเทคนิค
เนื่องจากในระบบนี้การส่งสัญญาณจะดำเนินการบนช่วงความถี่สองช่วงพร้อมกัน จึงจำเป็นต้องมีการจัดระเบียบของโมดูเลเตอร์สองตัวที่ทำงานแบบขนาน แต่ควรคำนึงว่าเป็นไปได้ที่ระบบจะเปลี่ยนจากช่วงความถี่หลักไปเป็นช่วงความถี่สำรอง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการสร้างและการควบคุมความถี่พาหะทั้งสี่ความถี่ เครื่องสังเคราะห์ความถี่ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความถี่พาหะประกอบด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณอ้างอิง ตัวแบ่ง และตัวกรองคุณภาพสูง เครื่องกำเนิดพัลส์สี่เหลี่ยมควอตซ์ทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณอ้างอิง (รูปที่ 5.10)
รูปที่ 5.10 - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีความเสถียรของควอตซ์
เพื่อประเมินสถานะความปลอดภัยของข้อมูล - การจัดการการเข้าถึงของผู้เข้าร่วมประชุมไปยังสถานที่; - จัดให้มีการตรวจติดตามทางเข้าห้องที่จัดสรรและสภาพแวดล้อมโดยรอบในระหว่างการประชุม 2. วิธีการหลักในการรับประกันการปกป้องข้อมูลเสียงในระหว่างการประชุมคือ: - การติดตั้งเครื่องกำเนิดเสียงต่างๆ การตรวจสอบห้อง...
ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ด้วยคอมพิวเตอร์? 10. อธิบายการกระทำทางอาญาที่กำหนดไว้ในบทที่ 28 แห่งประมวลกฎหมายอาญาของสหพันธรัฐรัสเซีย "อาชญากรรมในด้านข้อมูลคอมพิวเตอร์" ส่วนที่ 2 การต่อสู้กับอาชญากรรมในด้านข้อมูลคอมพิวเตอร์ บทที่ 5 การควบคุมอาชญากรรมในด้านเทคโนโลยีขั้นสูง 5.1 การควบคุมอาชญากรรมคอมพิวเตอร์ในรัสเซีย มาตรการควบคุมมากกว่า...
LickSec > การสื่อสารทางวิทยุ
การคีย์การเปลี่ยนเฟสสี่ตำแหน่ง (QPSK)
เป็นที่ทราบกันดีจากทฤษฎีการสื่อสารว่าการมอดูเลตเฟสไบนารี่ BPSK มีภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนสูงสุด อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การลดภูมิคุ้มกันทางเสียงของช่องสัญญาณสื่อสารก็เป็นไปได้ที่จะเพิ่มปริมาณงานได้ นอกจากนี้ ด้วยการใช้การเข้ารหัสป้องกันเสียงรบกวน ทำให้สามารถวางแผนพื้นที่ที่ครอบคลุมโดยระบบสื่อสารเคลื่อนที่ได้แม่นยำยิ่งขึ้น
การมอดูเลตเฟสสี่ตำแหน่งใช้ค่าเฟสพาหะสี่ค่า ในกรณีนี้ เฟส y(t) ของสัญญาณที่อธิบายโดยนิพจน์ (25) ควรใช้ค่าสี่ค่า: 0°, 90°, 180° และ 270° อย่างไรก็ตาม ค่าเฟสอื่นๆ มักใช้มากกว่า: 45°, 135°, 225° และ 315° การแสดงการปรับเฟสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสประเภทนี้แสดงในรูปที่ 1
รูปเดียวกันนี้แสดงค่าบิตที่ถ่ายทอดโดยสถานะเฟสพาหะแต่ละอัน แต่ละรัฐจะส่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์สองบิตพร้อมกัน ในกรณีนี้ เนื้อหาของบิตจะถูกเลือกในลักษณะที่การเปลี่ยนไปสู่สถานะที่อยู่ติดกันของเฟสพาหะเนื่องจากข้อผิดพลาดในการรับจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดไม่เกินบิตเดียว
โดยทั่วไป โมดูเลเตอร์การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสจะใช้เพื่อสร้างสัญญาณการมอดูเลชัน QPSK หากต้องการใช้โมดูเลเตอร์การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส คุณจะต้องมีตัวคูณสองตัวและตัวบวกหนึ่งตัว อินพุตตัวคูณสามารถจ่ายให้กับสตรีมบิตอินพุตได้โดยตรงในโค้ด NRZ แผนภาพบล็อกของโมดูเลเตอร์ดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2
เนื่องจากด้วยการมอดูเลตประเภทนี้ บิตสตรีมอินพุตสองบิตจะถูกส่งไปพร้อมกันระหว่างช่วงเวลาหนึ่งสัญลักษณ์ อัตราสัญลักษณ์ของการมอดูเลตประเภทนี้คือ 2 บิตต่อสัญลักษณ์ ซึ่งหมายความว่าเมื่อใช้โมดูเลเตอร์ สตรีมอินพุตควรแบ่งออกเป็นสององค์ประกอบ - องค์ประกอบในเฟส I และองค์ประกอบพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส Q บล็อกที่ตามมาควรซิงโครไนซ์ที่อัตราสัญลักษณ์
ด้วยการดำเนินการนี้ สเปกตรัมของสัญญาณที่เอาต์พุตของโมดูเลเตอร์จะไม่จำกัด และรูปแบบโดยประมาณจะแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 สเปกตรัมของสัญญาณ QPSK ที่มอดูเลตโดยสัญญาณ NRZ
โดยปกติแล้ว สัญญาณนี้สามารถจำกัดสเปกตรัมได้โดยใช้ตัวกรองแบนด์พาสที่รวมอยู่ในเอาต์พุตของโมดูเลเตอร์ แต่สิ่งนี้ไม่เคยเกิดขึ้นเลย ตัวกรอง Nyquist มีประสิทธิภาพมากกว่ามาก แผนภาพบล็อกของโมดูเลเตอร์การสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสสัญญาณ QPSK ที่สร้างขึ้นโดยใช้ตัวกรอง Nyquist แสดงในรูปที่ 4
รูปที่ 4 แผนภาพบล็อกของโมดูเลเตอร์ QPSK โดยใช้ตัวกรอง Nyquist
ตัวกรอง Nyquist สามารถใช้งานได้โดยใช้เทคโนโลยีดิจิทัลเท่านั้น ดังนั้นในวงจรที่แสดงในรูปที่ 17 จึงมีตัวแปลงดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DAC) มาให้ด้านหน้าโมดูเลเตอร์กำลังสอง ลักษณะเฉพาะของการทำงานของตัวกรอง Nyquist คือในช่วงเวลาระหว่างจุดอ้างอิงไม่ควรมีสัญญาณที่อินพุต ดังนั้นที่อินพุตจึงมีพัลส์เชปเปอร์ที่ส่งสัญญาณเอาต์พุตไปยังเอาต์พุตเฉพาะในเวลาที่มีจุดอ้างอิงเท่านั้น เวลาที่เหลือจะมีสัญญาณเป็นศูนย์ที่เอาต์พุต
ตัวอย่างรูปร่างของสัญญาณดิจิทัลที่ส่งที่เอาต์พุตของตัวกรอง Nyquist แสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 5 ตัวอย่างแผนภาพเวลาสัญญาณ Q สำหรับการมอดูเลตเฟส QPSK สี่ตำแหน่ง
เนื่องจากตัวกรอง Nyquist ถูกใช้ในอุปกรณ์ส่งสัญญาณเพื่อจำกัดสเปกตรัมของสัญญาณวิทยุให้แคบลง จึงไม่มีการบิดเบือนสัญลักษณ์ระหว่างสัญลักษณ์ในสัญญาณเฉพาะที่จุดสัญญาณเท่านั้น เห็นได้ชัดเจนจากแผนภาพตาสัญญาณ Q ที่แสดงในรูปที่ 6
นอกเหนือจากการลดสเปกตรัมของสัญญาณให้แคบลงแล้ว การใช้ตัวกรอง Nyquist ยังนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความกว้างของสัญญาณที่สร้างขึ้นอีกด้วย ในช่วงเวลาระหว่างจุดอ้างอิงของสัญญาณ แอมพลิจูดอาจเพิ่มขึ้นตามค่าที่กำหนดหรือลดลงจนเกือบเป็นศูนย์
เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงทั้งแอมพลิจูดของสัญญาณ QPSK และเฟสของมัน ควรใช้ไดอะแกรมเวกเตอร์ แผนภาพเฟสเซอร์ของสัญญาณเดียวกันที่แสดงในรูปที่ 5 และ 6 แสดงในรูปที่ 7
รูปที่ 7 แผนภาพเวกเตอร์ของสัญญาณ QPSK ที่มี = 0.6
การเปลี่ยนแปลงในแอมพลิจูดของสัญญาณ QPSK ยังมองเห็นได้บนออสซิลโลแกรมของสัญญาณ QPSK ที่เอาท์พุตโมดูเลเตอร์ ส่วนที่เป็นลักษณะเฉพาะที่สุดของแผนภาพเวลาสัญญาณที่แสดงในรูปที่ 6 และ 7 จะแสดงในรูปที่ 8 ในรูปนี้ ทั้งสองค่าลดลงในแอมพลิจูดของตัวพาสัญญาณมอดูเลตและการเพิ่มขึ้นของค่าที่สัมพันธ์กับระดับที่ระบุจะมองเห็นได้ชัดเจน
รูปที่ 8 แผนภาพเวลาของสัญญาณ QPSK ที่มี = 0.6
สัญญาณในรูปที่ 5 ... 8 แสดงไว้สำหรับกรณีการใช้ตัวกรอง Nyquist โดยมีปัจจัยการปัดเศษ a = 0.6 เมื่อใช้ตัวกรอง Nyquist ที่มีค่าสัมประสิทธิ์นี้ต่ำกว่า อิทธิพลของกลีบด้านข้างของการตอบสนองแบบอิมพัลส์ของตัวกรอง Nyquist จะมีผลกระทบที่แรงกว่าและเส้นทางสัญญาณทั้งสี่ที่มองเห็นได้ชัดเจนในรูปที่ 6 และ 7 จะรวมเป็นโซนต่อเนื่องเดียว . นอกจากนี้ แอมพลิจูดของสัญญาณที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับค่าที่ระบุ
รูปที่ 9 – สเปกโตรแกรมของสัญญาณ QPSK ที่มี = 0.6
การปรากฏตัวของการมอดูเลตแอมพลิจูดของสัญญาณนำไปสู่ความจริงที่ว่าในระบบสื่อสารที่ใช้การมอดูเลตประเภทนี้จำเป็นต้องใช้เครื่องขยายกำลังเชิงเส้นสูง น่าเสียดายที่เพาเวอร์แอมป์ดังกล่าวมีประสิทธิภาพต่ำ
การมอดูเลตความถี่ที่มีระยะห่างความถี่ขั้นต่ำ MSK ช่วยให้คุณสามารถลดแบนด์วิดท์ความถี่ที่สัญญาณวิทยุดิจิตอลในอากาศครอบครองได้ อย่างไรก็ตาม แม้แต่การมอดูเลตประเภทนี้ก็ไม่สามารถตอบสนองความต้องการทั้งหมดสำหรับระบบวิทยุเคลื่อนที่สมัยใหม่ได้ โดยทั่วไปแล้ว สัญญาณ MSK ในเครื่องส่งสัญญาณวิทยุจะถูกกรองด้วยตัวกรองแบบธรรมดา นั่นคือสาเหตุที่การมอดูเลตอีกประเภทหนึ่งปรากฏขึ้นพร้อมกับสเปกตรัมความถี่วิทยุในอากาศที่แคบยิ่งขึ้น
วิธีการมอดูเลตที่มีแนวโน้มดีในระบบการส่งข้อมูลบรอดแบนด์
ปัจจุบันผู้เชี่ยวชาญด้านการสื่อสารจะไม่แปลกใจกับวลีลึกลับ Spread Spectrum อีกต่อไป บรอดแบนด์ (และนั่นคือสิ่งที่ซ่อนอยู่หลังคำเหล่านี้) ระบบการส่งข้อมูลมีความแตกต่างกันในเรื่องวิธีการและความเร็วในการรับส่งข้อมูล ประเภทของมอดูเลต ช่วงการส่งข้อมูล ความสามารถในการให้บริการ ฯลฯ บทความนี้พยายามจำแนกระบบบรอดแบนด์ตาม การปรับที่ใช้ในพวกเขา
บทบัญญัติพื้นฐาน
ระบบการส่งข้อมูลบรอดแบนด์ (BDSTS) อยู่ภายใต้มาตรฐาน IEEE 802.11 แบบครบวงจรในแง่ของโปรโตคอลและในส่วนความถี่วิทยุ - ตามกฎเดียวกันของ FCC (US Federal Communications Commission) อย่างไรก็ตาม วิธีการและความเร็วของการส่งข้อมูล ประเภทของการปรับ ช่วงการส่งข้อมูล ความสามารถในการให้บริการ และอื่นๆ จะแตกต่างกัน
ลักษณะทั้งหมดนี้มีความสำคัญเมื่อเลือกอุปกรณ์เสริมบรอดแบนด์ (โดยผู้ซื้อที่มีศักยภาพ) และฐานองค์ประกอบ (โดยผู้พัฒนา ผู้ผลิตระบบการสื่อสาร) ในการทบทวนนี้ มีความพยายามในการจำแนกเครือข่ายบรอดแบนด์ตามคุณลักษณะที่ครอบคลุมน้อยที่สุดในเอกสารทางเทคนิค ได้แก่ การมอดูเลต
การใช้การปรับเพิ่มเติมประเภทต่างๆ ที่ใช้ร่วมกับเฟส (BPSK) และการปรับเฟสพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (QPSK) เพื่อเพิ่มอัตราข้อมูลเมื่อส่งสัญญาณย่านความถี่กว้างในช่วง 2.4 GHz อัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 11 Mbit/s สามารถทำได้ โดยคำนึงถึงข้อจำกัด ที่ FCC กำหนดสำหรับการดำเนินการในช่วงนี้ เนื่องจากคาดว่าสัญญาณบรอดแบนด์จะถูกส่งโดยไม่ได้รับใบอนุญาตคลื่นความถี่ ลักษณะของสัญญาณจึงถูกจำกัดเพื่อลดการรบกวนซึ่งกันและกัน
ประเภทการมอดูเลตเหล่านี้เป็นรูปแบบต่างๆ ของ M-ary orthogonal modulation (MOK), การมอดูเลตเฟสพัลส์ (PPM), การมอดูเลตแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส (QAM) บรอดแบนด์ยังรวมถึงสัญญาณที่ได้รับจากการทำงานพร้อมกันของช่องสัญญาณคู่ขนานหลายช่องแยกจากความถี่ (FDMA) และ/หรือเวลา (TDMA) เลือกการมอดูเลตประเภทใดประเภทหนึ่งขึ้นอยู่กับเงื่อนไขเฉพาะ
การเลือกประเภทการมอดูเลต
งานหลักของระบบการสื่อสารคือการถ่ายโอนข้อมูลจากแหล่งข้อความไปยังผู้บริโภคด้วยวิธีที่ประหยัดที่สุด ดังนั้นจึงเลือกประเภทของการปรับที่จะลดผลกระทบของการรบกวนและการบิดเบือนให้เหลือน้อยที่สุด ดังนั้นจึงได้ความเร็วข้อมูลสูงสุดและอัตราข้อผิดพลาดขั้นต่ำ ประเภทการมอดูเลตที่อยู่ระหว่างการพิจารณาได้รับเลือกตามเกณฑ์หลายประการ ได้แก่ ความต้านทานต่อการแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง การรบกวน; จำนวนช่องสัญญาณที่มีอยู่ ข้อกำหนดเชิงเส้นของเพาเวอร์แอมป์ ช่วงการส่งข้อมูลที่เป็นไปได้และความซับซ้อนของการดำเนินการ
การปรับ DSSS
ประเภทการมอดูเลตส่วนใหญ่ที่นำเสนอในการทบทวนนี้อิงตามสัญญาณแถบความถี่กว้างแบบลำดับตรง (DSSS) ซึ่งเป็นสัญญาณแถบความถี่กว้างแบบคลาสสิก ในระบบที่มี DSSS การขยายสเปกตรัมของสัญญาณหลายเท่าทำให้สามารถลดความหนาแน่นของพลังงานสเปกตรัมของสัญญาณในปริมาณที่เท่ากันได้ โดยทั่วไปการกระจายสเปกตรัมทำได้โดยการคูณสัญญาณข้อมูลย่านความถี่แคบด้วยสัญญาณการแพร่กระจายย่านความถี่กว้าง สัญญาณการแพร่กระจายหรือรหัสการแพร่กระจายมักเรียกว่ารหัสคล้ายเสียงหรือรหัส PN (pseudonoise) หลักการของการขยายสเปกตรัมที่อธิบายไว้จะแสดงไว้ในรูปที่ 1 1.
ระยะเวลาบิต - ระยะเวลาของบิตข้อมูล
ระยะเวลาชิป - ระยะเวลาการติดตามชิป
สัญญาณข้อมูล - ข้อมูล
รหัส PN - รหัสคล้ายเสียงรบกวน
สัญญาณที่เข้ารหัส - สัญญาณบรอดแบนด์
การมอดูเลต DSSS/MOK
สัญญาณลำดับตรงแบบไวด์แบนด์ที่มีการมอดูเลต M-ary orthogonal (หรือเรียกสั้น ๆ ว่า MOK modulation) เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว แต่ค่อนข้างยากที่จะนำไปใช้กับส่วนประกอบแอนะล็อก การใช้ไมโครวงจรดิจิตอลในปัจจุบันคุณสามารถใช้คุณสมบัติเฉพาะของการมอดูเลตนี้ได้
รูปแบบหนึ่งของ MOK คือ M-ary bioorthogonal modulation (MBOK) ความเร็วข้อมูลที่เพิ่มขึ้นทำได้โดยใช้รหัส PN มุมฉากหลายรหัสพร้อมกัน ขณะเดียวกันก็รักษาอัตราการเกิดซ้ำของชิปและรูปร่างสเปกตรัมเหมือนเดิม การมอดูเลต MBOK ใช้พลังงานสเปกตรัมอย่างมีประสิทธิภาพ กล่าวคือ มีอัตราส่วนความเร็วในการส่งต่อพลังงานสัญญาณค่อนข้างสูง ทนทานต่อการรบกวนและการแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง
จากอันที่แสดงในรูป รูปแบบการมอดูเลต MBOK รูปที่ 2 ร่วมกับ QPSK จะเห็นได้ว่ารหัส PN ถูกเลือกจากเวกเตอร์ M-orthogonal ตามไบต์ข้อมูลควบคุม เนื่องจากช่อง I และ Q มีลักษณะตั้งฉาก จึงสามารถ MBOKed ได้พร้อมกัน ในการมอดูเลตแบบไบโอออร์โธโกนัลนั้น ยังใช้เวคเตอร์แบบกลับด้านอีกด้วย ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วของข้อมูลได้ ชุดเวกเตอร์ Walsh มุมฉากที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดซึ่งมีมิติเวกเตอร์หารด้วย 2 ลงตัว ดังนั้น การใช้ระบบเวกเตอร์ Walsh ที่มีขนาดเวกเตอร์ 8 และ QPSK เป็นรหัส PN โดยมีอัตราการทำซ้ำ 11 เมกะชิปต่อวินาทีในการปฏิบัติตามข้อกำหนดเต็มรูปแบบ ด้วยมาตรฐาน IEEE 802.11 สามารถส่งได้ 8 บิตต่อสัญลักษณ์ช่องสัญญาณ ส่งผลให้ความเร็วช่องสัญญาณ 1.375 เมกะสัญลักษณ์ต่อวินาที และความเร็วข้อมูล 11 Mbit/s
การปรับทำให้การจัดระเบียบการทำงานร่วมกันกับระบบบรอดแบนด์ที่ทำงานที่ความเร็วชิปมาตรฐานและใช้ QPSK เพียงอย่างเดียวนั้นค่อนข้างง่าย ในกรณีนี้ ส่วนหัวของเฟรมจะถูกส่งด้วยความเร็วที่ต่ำกว่า 8 เท่า (ในแต่ละกรณี) ซึ่งช่วยให้ระบบที่ช้ากว่าสามารถรับรู้ส่วนหัวนี้ได้อย่างถูกต้อง จากนั้นความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลจะเพิ่มขึ้น
1. ป้อนข้อมูล
2. สแครมเบลอร์
3. มัลติเพล็กเซอร์ 1:8
4. เลือกหนึ่งใน 8 ฟังก์ชั่น Walsh
5. เลือกหนึ่งใน 8 ฟังก์ชั่น Walsh
6. เอาต์พุตช่อง I
7. เอาต์พุตช่อง Q
ตามทฤษฎี MBOK มีอัตราข้อผิดพลาด (BER) ต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ BPSK สำหรับอัตราส่วน Eb/N0 เดียวกัน (เนื่องจากคุณสมบัติการเข้ารหัส) ทำให้เป็นการมอดูเลตที่ประหยัดพลังงานมากที่สุด ใน BPSK แต่ละบิตจะถูกประมวลผลอย่างเป็นอิสระจากกัน ใน MBOK อักขระจะได้รับการยอมรับ หากตรวจพบไม่ถูกต้อง ไม่ได้หมายความว่าได้รับบิตทั้งหมดของสัญลักษณ์นี้ไม่ถูกต้อง ดังนั้นความน่าจะเป็นที่จะได้รับสัญลักษณ์ที่ผิดพลาดจึงไม่เท่ากับความน่าจะเป็นที่จะได้รับบิตที่ผิดพลาด
สเปกตรัม MBOK ของสัญญาณมอดูเลตสอดคล้องกับที่กำหนดในมาตรฐาน IEEE 802.11 ปัจจุบัน Aironet Wireless Communications, Inc. นำเสนอบริดจ์ไร้สายสำหรับเครือข่ายอีเธอร์เน็ตและโทเค็นริงโดยใช้เทคโนโลยี DSSS/MBOK และการส่งข้อมูลทางอากาศด้วยความเร็วสูงถึง 4 Mbit/s
ภูมิคุ้มกันหลายเส้นทางขึ้นอยู่กับอัตราส่วน Eb/N0 และการบิดเบือนเฟสสัญญาณ การจำลองเชิงตัวเลขของการส่งสัญญาณบรอดแบนด์ MBOK ที่ดำเนินการโดยวิศวกรของ Harris Semiconductor ภายในอาคารได้ยืนยันว่าสัญญาณดังกล่าวค่อนข้างแข็งแกร่งต่อปัจจัยรบกวนเหล่านี้ ดู: Andren C. 11 MBps Modulation Techniques // จดหมายข่าว Harris Semiconductor 05/05/98.
ในรูป รูปที่ 3 แสดงกราฟความน่าจะเป็นในการรับเฟรมข้อมูลที่ผิดพลาด (PER) เป็นฟังก์ชันของระยะทางที่กำลังสัญญาณที่แผ่ออกมา 15 dB/MW (สำหรับ 5.5 Mbit/s - 20 dB/MW) ซึ่งได้มาจากผลลัพธ์ของตัวเลข การจำลองสำหรับอัตราข้อมูลข้อมูลต่างๆ
การจำลองแสดงให้เห็นว่าด้วยการเพิ่ม Es/N0 ซึ่งจำเป็นสำหรับการจดจำสัญลักษณ์ที่เชื่อถือได้ PER จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้เงื่อนไขของการสะท้อนของสัญญาณที่แรง เพื่อกำจัดปัญหานี้ สามารถใช้การรับสัญญาณแบบประสานงานโดยใช้เสาอากาศหลายเสาได้ ในรูป รูปที่ 4 แสดงผลลัพธ์สำหรับกรณีนี้ เพื่อการรับสัญญาณที่เข้าคู่กันอย่างเหมาะสมที่สุด PER จะเท่ากับกำลังสองของ PER ของการรับสัญญาณที่ไม่ประสานกัน เมื่อพิจารณาจากรูป 3 และ 4 จำเป็นต้องจำไว้ว่าด้วย PER=15% ความเร็วข้อมูลที่สูญเสียจริงจะเป็น 30% เนื่องจากจำเป็นต้องส่งแพ็กเก็ตที่ล้มเหลวอีกครั้ง
ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการใช้ QPSK ร่วมกับ MBOK คือการประมวลผลสัญญาณที่สอดคล้องกัน ในทางปฏิบัติ สามารถทำได้โดยการรับเฟรมนำและส่วนหัวโดยใช้ BPSK เพื่อกำหนดค่าเฟสลูป ข้อเสนอแนะ. อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้ตลอดจนการใช้สหสัมพันธ์แบบอนุกรมสำหรับการประมวลผลสัญญาณที่สอดคล้องกัน จะเพิ่มความซับซ้อนของดีมอดูเลเตอร์
การปรับ CCSK
สัญญาณลำดับรหัสไซคลิกมุมฉาก (CCSK) ของ M-ary แบบวงกว้างนั้นง่ายต่อการมอดูเลตมากกว่า MBOK เนื่องจากใช้รหัส PN เพียงรหัสเดียว การปรับประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะของจุดสูงสุดของความสัมพันธ์ภายในสัญลักษณ์ ด้วยการใช้รหัสของบาร์เกอร์ที่มีความยาว 11 และความเร็ว 1 เมกะสัญลักษณ์ต่อวินาที คุณสามารถเลื่อนจุดสูงสุดไปเป็นหนึ่งในแปดตำแหน่งได้ ตำแหน่งที่เหลืออีก 3 ตำแหน่งไม่อนุญาตให้ใช้เพื่อเพิ่มความเร็วข้อมูล ด้วยวิธีนี้ ข้อมูลสามบิตสามารถส่งต่อหนึ่งสัญลักษณ์ได้ ด้วยการเพิ่ม BPSK คุณสามารถส่งข้อมูลอีกหนึ่งบิตต่อสัญลักษณ์ ซึ่งก็คือทั้งหมด 4 บิต ด้วยเหตุนี้ เมื่อใช้ QPSK เราจะได้รับ 8 บิตข้อมูลต่อสัญลักษณ์ช่องสัญญาณ
ปัญหาหลักของ PPM และ CCSK คือความไวต่อการแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง เมื่อความล่าช้าระหว่างการสะท้อนของสัญญาณเกินระยะเวลาของรหัส PN ดังนั้นการปรับประเภทนี้จึงเป็นเรื่องยากที่จะใช้ในอาคารที่มีการสะท้อนเช่นนี้ CCSK นั้นค่อนข้างง่ายที่จะดีมอดูเลตและต้องการความซับซ้อนเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยจากวงจรโมดูเลเตอร์/ดีโมดูเลเตอร์แบบดั้งเดิม รูปแบบ CCSK นั้นคล้ายคลึงกับรูปแบบการปรับ MBOK ร่วมกับ QPSK (ดูรูปที่ 2) แทนที่จะเป็นบล็อกสำหรับการเลือกหนึ่งใน 8 ฟังก์ชัน Walsh เท่านั้นที่จะมีบล็อกการเปลี่ยนคำ
การมอดูเลต DSSS/PPM
สัญญาณพัลส์เฟสแบบมอดูเลตลำดับไดเร็กแบนด์แบบไวด์แบนด์ (DSSS/PPM) เป็นสัญญาณประเภทหนึ่งที่เป็นการพัฒนาเพิ่มเติมของสัญญาณสเปรดสเปกตรัมแบบลำดับโดยตรง
แนวคิดของการมอดูเลตเฟสพัลส์สำหรับสัญญาณไวด์แบนด์ทั่วไปคือความเร็วข้อมูลที่เพิ่มขึ้นนั้นได้มาจากการเปลี่ยนช่วงเวลาระหว่างจุดสูงสุดของสหสัมพันธ์ของสัญลักษณ์ที่ต่อเนื่องกัน การปรับถูกคิดค้นโดย Rajeev Krishnamoorthy และ Israel Bar-David ที่ Bell Labs ในประเทศเนเธอร์แลนด์
การใช้งานการปรับปัจจุบันทำให้สามารถกำหนดตำแหน่งเวลาแปดตำแหน่งของพัลส์สหสัมพันธ์ในช่วงเวลาสัญลักษณ์ (ภายในช่วงลำดับ PN) หากใช้เทคโนโลยีนี้อย่างอิสระบน I- และ Q-channel ใน DQPSK จะได้รับสถานะข้อมูลที่แตกต่างกัน 64 (8x8) เมื่อรวมการมอดูเลตเฟสเข้ากับการมอดูเลต DQPSK ซึ่งมีสถานะที่แตกต่างกันสองสถานะในช่อง I และสองสถานะที่แตกต่างกันในช่อง Q จะได้สถานะ 256 (64x2x2) ซึ่งเทียบเท่ากับ 8 บิตข้อมูลต่อสัญลักษณ์
การปรับ DSSS/QAM
สัญญาณไวด์แบนด์แบบควอดราเจอร์แอมพลิจูดแบบลำดับโดยตรง (DSSS/QAM) ถือได้ว่าเป็นสัญญาณมอดูเลต DQPSK แบบไวด์แบนด์แบบคลาสสิก ซึ่งข้อมูลจะถูกส่งผ่านการเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดด้วย ด้วยการใช้การปรับแอมพลิจูดสองระดับและ DQPSK จะได้รับ 4 สถานะที่แตกต่างกันในช่อง I และ 4 สถานะที่แตกต่างกันในช่อง Q สัญญาณมอดูเลตยังสามารถถูกมอดูเลตเฟสพัลส์ซึ่งจะเพิ่มความเร็วข้อมูล
ข้อจำกัดประการหนึ่งของ DSSS/QAM ก็คือสัญญาณที่มีการมอดูเลตดังกล่าวค่อนข้างไวต่อการแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง นอกจากนี้ เนื่องจากการใช้ทั้งการปรับเฟสและแอมพลิจูด อัตราส่วน Eb/N0 จึงเพิ่มขึ้นเพื่อให้ได้ค่า BER เดียวกันกับ MBOK
เพื่อลดความไวต่อการบิดเบือน คุณสามารถใช้อีควอไลเซอร์ได้ แต่การใช้งานไม่เป็นที่พึงปรารถนาด้วยเหตุผลสองประการ
ประการแรก จำเป็นต้องเพิ่มลำดับของสัญลักษณ์ที่ใช้ปรับอีควอไลเซอร์ ซึ่งจะเพิ่มความยาวของคำนำ ประการที่สอง การเพิ่มอีควอไลเซอร์จะทำให้ต้นทุนของระบบโดยรวมเพิ่มขึ้น
การมอดูเลตการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสเพิ่มเติมยังสามารถใช้ในระบบที่มีการกระโดดความถี่ได้ ดังนั้น WaveAccess จึงได้เปิดตัวโมเด็มกับแบรนด์ Jaguar ซึ่งใช้เทคโนโลยี Frequency Hopping การปรับ QPSK ร่วมกับ 16QAM ตรงกันข้ามกับการปรับความถี่ FSK ที่ยอมรับโดยทั่วไปในกรณีนี้ ซึ่งอนุญาตให้มีอัตราการถ่ายโอนข้อมูลจริงที่ 2.2 Mbit/s วิศวกรของ WaveAccess เชื่อว่าการใช้เทคโนโลยี DSSS ด้วยความเร็วสูงกว่า (สูงสุด 10 Mbit/s) นั้นไม่สามารถทำได้เนื่องจากมีช่วงการส่งข้อมูลสั้น (ไม่เกิน 100 ม.)
การปรับ OCDM
สัญญาณไวด์แบนด์ที่เกิดจากมัลติเพล็กซ์ สัญญาณ Orthogonal Code Division Multiplex (OCDM) หลายช่องใช้ช่องสัญญาณไวด์แบนด์หลายช่องพร้อมกันบนความถี่เดียวกัน
ช่องจะถูกแยกโดยใช้รหัส PN มุมฉาก Sharp ได้ประกาศโมเด็มขนาด 10 เมกะบิตที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีนี้ ในความเป็นจริง 16 ช่องที่มีรหัสมุมฉาก 16 ชิปจะถูกส่งพร้อมกัน มีการใช้ BPSK ในแต่ละช่อง จากนั้นช่องจะถูกรวมเข้าด้วยกันโดยใช้วิธีแอนะล็อก
Data Mux - อินพุตมัลติเพล็กเซอร์ข้อมูล
BPSK - การมอดูเลตเฟสบล็อก
สเปรด - บล็อกสเปกตรัมสเปรดลำดับโดยตรง
รวม - ตัวบวกเอาต์พุต
การปรับ OFDM
สัญญาณไวด์แบนด์ที่ได้จากมัลติเพล็กซ์สัญญาณบรอดแบนด์หลายตัวด้วยมัลติเพล็กซ์การแบ่งความถี่มุมฉาก (OFDM) แสดงถึงการส่งสัญญาณมอดูเลตเฟสพร้อมกันบนความถี่พาหะที่แตกต่างกัน การมอดูเลตอธิบายไว้ใน MIL-STD 188C ข้อดีประการหนึ่งคือมีความต้านทานสูงต่อช่องว่างในสเปกตรัมอันเป็นผลมาจากการลดทอนแบบหลายเส้นทาง การลดทอนของแถบความถี่แคบอาจแยกพาหะหนึ่งตัวขึ้นไป มั่นใจในการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้โดยการกระจายพลังงานของสัญลักษณ์ไปหลายความถี่
ซึ่งเกินประสิทธิภาพสเปกตรัมของระบบ QPSK ที่คล้ายกันถึง 2.5 เท่า มีวงจรไมโครสำเร็จรูปที่ใช้การมอดูเลต OFDM โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Motorola ผลิต MC92308 OFDM demodulator และชิป OFDM MC92309 "front-end" แผนภาพของโมดูเลเตอร์ OFDM ทั่วไปแสดงไว้ในรูปที่ 1 6.
Data mux - มัลติเพล็กเซอร์ข้อมูลอินพุต
ช่อง - ช่องความถี่
BPSK - การมอดูเลตเฟสบล็อก
รวม - ตัวเพิ่มช่องความถี่
บทสรุป
ตารางเปรียบเทียบแสดงการให้คะแนนของการมอดูเลตแต่ละประเภทตามเกณฑ์ต่างๆ และคะแนนสุดท้าย คะแนนที่ต่ำกว่าสอดคล้องกับคะแนนที่ดีกว่า การมอดูเลตแอมพลิจูดการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสใช้สำหรับการเปรียบเทียบเท่านั้น
ในระหว่างการทบทวน การปรับประเภทต่างๆ ที่มีค่าการประเมินที่ยอมรับไม่ได้สำหรับตัวบ่งชี้ต่างๆ จะถูกยกเลิกไป ตัวอย่างเช่น สัญญาณย่านความถี่กว้างที่มีการมอดูเลตเฟส 16 ตำแหน่ง (PSK) - เนื่องจากความต้านทานต่อการรบกวนต่ำ สัญญาณย่านความถี่กว้างมาก - เนื่องจากข้อจำกัดเกี่ยวกับความยาวของช่วงความถี่ และความจำเป็นต้องมีช่องสัญญาณอย่างน้อยสามช่องสำหรับการทำงานร่วมกันของ เครือข่ายวิทยุใกล้เคียง
ในบรรดาประเภทของการมอดูเลตบรอดแบนด์ที่พิจารณา สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการมอดูเลตแบบ M-ary bioorthogonal - MBOK
โดยสรุป ฉันต้องการทราบการปรับซึ่งไม่รวมอยู่ในชุดการทดลองที่ดำเนินการโดยวิศวกรของ Harris Semiconductor เรากำลังพูดถึงการปรับ QPSK ที่กรองแล้ว (Filtered Quadrature Phase Shift Keying - FQPSK) การปรับนี้ได้รับการพัฒนาโดยศาสตราจารย์ Kamilo Feher จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย และจดสิทธิบัตรร่วมกับ Didcom, Inc.
ในการรับ FQPSK จะใช้การกรองสเปกตรัมสัญญาณแบบไม่เชิงเส้นในเครื่องส่งสัญญาณพร้อมกับการฟื้นฟูในตัวรับในภายหลัง เป็นผลให้สเปกตรัม FQPSK ครอบครองพื้นที่ประมาณครึ่งหนึ่งเมื่อเทียบกับสเปกตรัม QPSK พารามิเตอร์อื่นๆ ทั้งหมดจะเท่ากัน นอกจากนี้ PER (อัตราข้อผิดพลาดของแพ็กเก็ต) ของ FQPSK ยังดีกว่า GMSK 10-2-10-4 GSMK คือการมอดูเลตความถี่แบบเกาส์เซียน ซึ่งใช้โดยเฉพาะในมาตรฐานการสื่อสารเซลลูลาร์ดิจิทัล GSM การปรับใหม่ได้รับการชื่นชมและนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ของตนอย่างเพียงพอโดยบริษัทต่างๆ เช่น EIP Microwave, Lockheed Martin, L-3 Communications และ NASA
เป็นไปไม่ได้ที่จะพูดได้อย่างชัดเจนว่าการมอดูเลตชนิดใดที่จะใช้ในบรอดแบนด์ในศตวรรษที่ 21 ทุกปีปริมาณข้อมูลในโลกเพิ่มขึ้น ดังนั้นข้อมูลจะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสารมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากสเปกตรัมความถี่เป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีลักษณะเฉพาะ ความต้องการสเปกตรัมที่ใช้โดยระบบส่งกำลังจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นทางเลือกจึงมากที่สุด วิธีที่มีประสิทธิภาพการปรับในการพัฒนาบรอดแบนด์ยังคงเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุดประการหนึ่ง