مدولاسیون فرکانس رادیویی
مدولاسیون فاز دیجیتال روشی همه کاره و پرکاربرد برای انتقال بی سیم داده های دیجیتال است.

در صفحه قبلی ، دیدیم که می توان از تغییرات گسسته در دامنه یا فرکانس حامل به عنوان روشی برای نمایش آن ها و صفر ها استفاده کرد. جای تعجب نیست که ما همچنین می توانیم داده های دیجیتال را با استفاده از فاز بیان کنیم. این تکنیک کلید سازی تغییر فاز (PSK) نامیده می شود.

اتصال کلید فاز دودویی
ساده ترین نوع PSK عبارت است از کلیدهای تغییر فاز باینری (BPSK) ، که در آن "باینری" به استفاده از دو فاز خاموش اشاره دارد (یکی برای منطق بالا ، دیگری برای منطق پایین).

می توانیم بطور شهودی تشخیص دهیم که اگر جدایی بیشتری بین این دو فاز وجود داشته باشد ، سیستم قوی تر خواهد بود - البته این امر برای گیرنده دشوار است که بین نمادی با افست فاز 90 درجه و نمادی با جبران فاز از آن تمایز قائل شود. 91 درجه

ما فقط 360 درجه فاز داریم که باید با آن کار کنیم ، بنابراین حداکثر تفاوت بین فازهای منطقی بالا و منطق کم 180 درجه است. اما می دانیم که جابجایی سینوسی با 180 درجه ، همان وارونه کردن آن است. بنابراین ، ما می توانیم از BPSK به سادگی معکوس کردن حامل در پاسخ به یک حالت منطقی فکر کنیم و آن را در پاسخ به حالت منطق دیگر تنها بگذاریم.

برای این کار یک قدم جلوتر ، می دانیم که ضرب کردن سینوسی توسط منفی همان معکوس کردن آن است. این منجر به امکان اجرای BPSK با استفاده از پیکربندی سخت افزاری اساسی زیر می شود:

با این حال ، این طرح به راحتی می تواند منجر به شیب زیاد در شکل موج حامل شود: اگر انتقال بین حالت های منطقی زمانی اتفاق بیفتد که حامل در مقدار حداکثر خود باشد ، ولتاژ حامل باید به سرعت به حداقل ولتاژ حرکت کند.

حوادث شیب دار مانند این ها نامطلوب هستند زیرا انرژی فرکانس بالاتری را تولید می کنند که می تواند با سایر سیگنال های RF تداخل ایجاد کند. همچنین آمپلی فایرها توانایی محدود در تولید تغییرات شیب زیاد در ولتاژ خروجی را دارند.

اگر اجرای فوق را با دو ویژگی اضافی تصحیح کنیم ، می توانیم از انتقال صاف بین نمادها اطمینان حاصل کنیم. ابتدا باید اطمینان حاصل کنیم که دوره بیت دیجیتالی برابر با یک یا چند چرخه حامل کامل است.

دوم ، ما باید انتقال دیجیتال را با شکل موج حامل همگام کنیم. با این پیشرفت ها ، می توانیم سیستم را طوری طراحی کنیم که تغییر فاز 180 درجه وقتی سیگنال حامل در تقاطع صفر قرار دارد رخ دهد.

QPSK
BPSK یک بیت در هر نماد را منتقل می کند ، همان چیزی است که ما تاکنون به آن عادت کرده ایم. هر آنچه که ما در مورد مدولاسیون دیجیتال بحث کرده ایم فرض بر این است که سیگنال حامل با توجه به اینکه ولتاژ دیجیتال با منطق کم یا منطق زیاد اصلاح شده است اصلاح می شود ، و گیرنده داده های دیجیتالی را با تفسیر هر نماد به صورت 0 یا 1 می سازد.

قبل از بحث در مورد کلید سازی تغییر فاز چهار درجه ای (QPSK) ، باید مفهوم مهم زیر را معرفی کنیم: هیچ دلیلی وجود ندارد که یک نماد بتواند تنها یک بیت را انتقال دهد. درست است که دنیای الکترونیک دیجیتال در اطراف مدار ساخته شده است که در آن ولتاژ در یک حد یا دیگری قرار دارد ، به گونه ای که ولتاژ همیشه یک بیت دیجیتال را نشان می دهد.

اما RF دیجیتالی نیست؛ در عوض ، ما برای انتقال داده های دیجیتال از شکل های موج آنالوگ استفاده می کنیم و طراحی سیستمی که در آن شکل موجهای آنالوگ رمزگذاری و تفسیر شود به شکلی کاملاً قابل قبول است که به یک نماد اجازه می دهد دو یا بیشتر بیت را نشان دهد.

QPSK یک طرح مدولاسیون است که به یک نماد امکان انتقال دو بیت داده را می دهد. چهار عدد دو بیتی احتمالی وجود دارد (00 ، 01 ، 10 ، 11) ، و به تبع آن ما به چهار جبران فاز نیاز داریم. باز هم ، ما می خواهیم حداکثر جدایی بین گزینه های فاز ، که در این حالت 90 درجه است.

مزیت نرخ داده بالاتر است: اگر همان دوره نماد را حفظ کنیم ، می توانیم سرعت انتقال داده ها از فرستنده به گیرنده را دو برابر کنیم. نزولی پیچیدگی سیستم است. (ممکن است فکر کنید QPSK نسبت به BPSK نسبت به خطاهای بیت بسیار حساس تر است ، زیرا بین مقادیر فاز ممکن تفکیک کمتری وجود دارد. این یک فرض معقول است ، اما اگر ریاضی را طی کنید معلوم می شود که احتمالاً خطا وجود دارد. بسیار شبیه.)

انواع
QPSK ، به طور کلی ، یک طرح تعدیل مؤثر است. اما می تواند بهبود یابد.

پرش فاز
QPSK استاندارد تضمین می کند که انتقال شیب به نماد با شیب زیاد رخ خواهد داد. زیرا جهش فاز می تواند 90 ± باشد ، ما نمی توانیم از روش توصیف شده برای جهش های فاز 180 درجه تولید شده توسط مدولاسیون BPSK استفاده کنیم.

این مشکل را می توان با استفاده از یکی از دو نوع QPSK کاهش داد. افست QPSK ، که شامل اضافه کردن تأخیر به یکی از دو جریان داده دیجیتالی است که در فرایند مدولاسیون مورد استفاده قرار می گیرد ، پرش حداکثر فاز را تا 90 درجه کاهش می دهد. گزینه دیگر π / 4-QPSK است که حداکثر پرش فاز را تا 135 درجه کاهش می دهد. بنابراین QPSK از نظر كاهش ناپیوستگی فاز برتر است ، اما π / 4-QPSK از این مزیت است زیرا با رمزگذاری دیفرانسیل سازگار است (در مورد زیر بحث شده است).

روش دیگر برای مقابله با ناپیوستگی های نماد به نماد ، اجرای پردازش سیگنال اضافی است که انتقال های نرم افزاری را بین نمادها ایجاد می کند. این رویکرد در یک طرح مدولاسیون به نام حداقل کلید تغییر شیفت (MSK) گنجانیده شده است ، و همچنین پیشرفتی در MSK موسوم به Gaussian MSK وجود دارد.

رمزگذاری دیفرانسیل
مشکل دیگر این است که تغییر شکل با شکل های موج PSK سخت تر از شکل موج های FSK است.

فرکانس "مطلق" است به این معنا که تغییرات فرکانس همیشه با تجزیه و تحلیل تغییرات سیگنال با توجه به زمان قابل تفسیر هستند. با این حال ، فاز به این معنی است که هیچ مرجع جهانی ندارد. فرستنده تغییرات فاز را با استفاده از یک نقطه در زمان تولید می کند ، و گیرنده ممکن است تغییرات فاز را با استفاده از یک نقطه جداگانه در زمان تفسیر کند.

تجلی عملی این امر به شرح زیر است: اگر بین فاز (یا فرکانس) اسیلاتورهای مورد استفاده برای مدولاسیون و دفع زوال اختلاف وجود داشته باشد ، PSK غیر قابل اعتماد می شود. و ما باید فرض کنیم که اختلاف فاز وجود خواهد داشت (مگر اینکه گیرنده مدار حامل- بازیابی را شامل شود).

دیفرانسیل QPSK (DQPSK) نوعی سازگار با گیرنده های غیر هماهنگ است (یعنی گیرنده هایی که اسیلاتور دژنراسیون را با نوسانگر مدولاسیون همزمان نمی کنند).

دیفرانسیل QPSK داده ها را با تولید یک تغییر فاز مشخص نسبت به نماد قبلی کدگذاری می کند. با استفاده از فاز نماد قبلی از این طریق ، مدار دیمولاسیون فاز یک نماد را با استفاده از یک مرجع که برای گیرنده و فرستنده مشترک است ، تجزیه و تحلیل می کند.

خلاصه
* اتصال فاز دودویی یک طرح مدولاسیون ساده است که می تواند یک بیت را در هر نماد منتقل کند.

* کلید سازی تغییر فاز کوادراتور پیچیده تر است اما سرعت داده ها را دو برابر می کند (یا با نیمی از پهنای باند به همان سرعت داده دست می یابد).

* افست QPSK ، π / 4-QPSK و حداقل کلید تغییر مکان ، طرح های مدولاسیون هستند که تأثیر تغییرات ولتاژ نماد به نماد با شیب زیاد را کاهش می دهد.

* QPSK دیفرانسیل با استفاده از تفاوت فاز بین نمادهای مجاور برای جلوگیری از مشکلات مرتبط با عدم هماهنگی فاز بین فرستنده و گیرنده.

قبلی:مدولاسیون دیجیتال: دامنه و فرکانس

بعد:مقایسه و تقابل دامنه ، فرکانس و مدولاسیون فاز

ترک یک پیام

فهرست پیام

نظرات در حال بارگذاری ...