Ôàçîâàÿ ìàíèïóëÿöèÿ (àíãë.
phase-shift keying (PSK))
áûëà ðàçðàáîòàíà â íà÷àëå ðàçâèòèÿ ïðîãðàììû èññëåäîâàíèÿ äàëüíåãî
êîñìîñà; ñåé÷àñ ñõåìà PSK øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â êîììåð÷åñêèõ è âîåííûõ
ñèñòåìàõ ñâÿçè. Ôàçîìàíèïóëèðîâàííûé ñèãíàë èìååò ñëåäóþùèé âèä:
-
Ôàçîâûé ÷ëåí
φ
i(
t) ìîæåò ïðèíèìàòü Ì äèñêðåòíûõ çíà÷åíèé.
Äâîè÷íàÿ ôàçîâàÿ ìàíèïóëÿöèÿ
Ôàçîâîå ñîçâåçäèå äëÿ äâîè÷íîé ÔÌí.
BPSK ñàìàÿ ïðîñòàÿ ôîðìà PSK. Ðàáîòà ñõåìû ìîäóëÿöèè çàêëþ÷àåòñÿ â
ñìåùåíèè ôàçû íåñóùåãî êîëåáàíèÿ íà îäíî èç äâóõ çíà÷åíèé, íóëü èëè π
(180°). Ýòà ìîäóëÿöèÿ ÿâëÿåòñÿ ñàìîé ïîìåõîóñòîé÷èâîé èç âñåõ âèäîâ
PSK, òî åñòü òîëüêî ïðè âûñîêîì óðîâíå øóìà äåìîäóëÿòîð ìîæåò ïðèíÿòü
íåïðàâèëüíîå ðåøåíèå. Îäíàêî êàæäûé ñèìâîë íåñåò òîëüêî 1 áèò
èíôîðìàöèè, ÷òî íåïðèåìëåìî â ñëó÷àÿõ, êîãäà íåîáõîäèìî ðåàëèçîâàòü
âûñîêóþ ñêîðîñòü ïåðåäà÷è.
Âåðîÿòíîñòü îøèáêè íà áèò (BER) ïðè BPSK â ÀÁÃØ ìîæåò áûòü âû÷èñëåíà ïî ôîðìóëå:
-
Òàê êàê íà ñèìâîë ïðèõîäèòñÿ 1 áèò, òî ïî ýòîé æå ôîðìóëå âû÷èñëÿåòñÿ è âåðîÿòíîñòü îøèáêè íà ñèìâîë.
 ïðèñóòñòâèè ïðîèçâîëüíîãî èçìåíåíèÿ ôàçû, ââåäåííîãî êàíàëîì
ñâÿçè, äåìîäóëÿòîð íå ñïîñîáåí îïðåäåëèòü, êàêàÿ òî÷êà ñîçâåçäèÿ
ñîîòâåòñòâóåò 1 è 0.  ðåçóëüòàòå äàííûå ÷àñòî äèôôåðåíöèàëüíî
êîäèðóþòñÿ äî ìîäóëÿöèè.
Ðåàëèçàöèÿ
Äâîè÷íûå äàííûå ÷àñòî ïåðåäàþòñÿ ñî ñëåäóþùèìè ñèãíàëàìè:
-
äëÿ äâîè÷íîãî «0»
-
äëÿ äâîè÷íîé «1»
ãäå
f
c ÷àñòîòà íåñóùåãî êîëåáàíèÿ.
Êâàäðàòóðíàÿ ôàçîâàÿ ìàíèïóëÿöèÿ
Ôàçîâîå ñîçâåçäèå äëÿ êâàäðàòóðíîé ÔÌí.
Èíîãäà íàçûâàåòñÿ 4-PSK. Â QPSK (àíãë.
Quadrature Phase Shift Keying)
èñïîëüçóþòñÿ ñîçâåçäèå èç ÷åòûðåõ òî÷åê, ðàçìåùåííûõ íà ðàâíûõ
ðàññòîÿíèÿõ íà îêðóæíîñòè. Èñïîëüçóÿ 4 ôàçû, QPSK ìîæåò êîäèðîâàòü äâà
áèòà íà ñèìâîë, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå, äëÿ ìèíèìèçàöèè BER
óäâîåííàÿ âåðîÿòíîñòü äëÿ BPSK. Àíàëèç ïîêàçûâàåò, ÷òî ñêîðîñòü ìîæåò
áûòü óâåëè÷åíà â äâà ðàçà îòíîñèòåëüíî BPSK ïðè òîé æå ïîëîñå ñèãíàëà,
ëèáî îñòàâèòü ñêîðîñòü ïðåæíåé, íî óìåíüøèòü ïîëîñó âäâîå.
Õîòÿ QPSK ìîæåò ðàññìàòðèâàòüñÿ êàê êâàäðàòóðíàÿ ìîäóëÿöèÿ, åå ïðîùå
ðàññìàòðèâàòü â âèäå äâóõ íåçàâèñèìûõ ìîäóëèðîâàííûõ íåñóùèõ ñäâèíóòûõ
íà 90°. Ïðè òàêîì ïîäõîäå ÷åòíûå (íå÷åòíûå) áèòû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ
ìîäóëÿöèè ñèíôàçíîé ñîñòàâëÿþùåé, à íå÷åòíûå (÷åòíûå) êâàäðàòóðíîé
ñîñòàâëÿþùåé íåñóùåé. Òàê êàê BPSK èñïîëüçóåòñÿ äëÿ îáåèõ ñîñòàâëÿþùèõ
íåñóùåé, òî îíè ìîãóò áûòü äåìîäóëèðîâàíû íåçàâèñèìî.
 ðåçóëüòàòå, âåðîÿòíîñòü îøèáêè íà áèò äëÿ QPSK òàêàÿ æå êàê è äëÿ BPSK:
-
.
Îäíàêî, òàê êàê â ñèìâîëå äâà áèòà, òî âåëè÷èíà îøèáêè íà ñèìâîë âîçðàñòàåò:
Ïðè âûñîêîì îòíîøåíèè ñ/ø (ýòî íåîáõîäèìî äëÿ ðåàëüíûõ QPSK ñèñòåì) âåðîÿòíîñòü ì.á. ïðèìåðíî îöåíåíà ïî ñëåäóþùåé ôîðìóëå:
-
Êàê è ïðè BPSK, ñóùåñòâóåò ïðîáëåìà íåîïðåäåëåííîñòè íà÷àëüíîé ôàçû
â ïðèåìíèêå. Ïîýòîìó QPSK ñ äèôôåðåíöèàëüíûì êîäèðîâàíèåì íà ïðàêòèêå
èñïîëüçóåòñÿ ÷àùå.
Îòëè÷èå QPSK îò ïåðâûõ âèäîâ ìîäóëÿöèè (ÀÌí,×Ìí) â òîì ÷òî ïëîòíîñòü ïåðåäàâàåìîé èíôîðìàöèè â ðàñ÷¸òå íà ÷àñòîòíóþ øèðèíó êàíàëà (íà ñèìâîë, íà ãåðö) âûøå åäèíèöû.
Íàïðèìåð â ÀÌí ïëîòíîñòü ìíîãî ìåíüøå åäèíèöû (0,1-0,001 áèò íà ãåðö)
ýòî ñâÿçàíî ñ íåîáõîäèìîñòüþ íàêîïëåíèÿ ýíåðãèè â ôèëüòðàõ â ïåðâûõ
ìàëî÷óâñòâèòåëüíûõ ïðè¸ìíèêàõ (íàïðèìåð ðóññêèé èçîáðåòàòåëü ðàäèî Ïîïîâ èñïîëüçîâàë ÀÌí â ïåðâîì â ìèðå ïðè¸ìíèêå).  ×Ìí ýòîò ïîêàçàòåëü ïðèáëèæàåòñÿ ê åäèíèöå (0,1-1) áèò íà ñèìâîë (ãåðö). Íàïðèìåð â GMSK, ïðèìåíÿåìîìó â GSM ïëîòíîñòü èíôîðìàöèè ðàâíÿåòñÿ 1.
Ýòîò âèä ìîäóëÿöèè èñïîëüçóåòñÿ íàïðèìåð â ñòàíäàðòå ñîòîâîé ñâÿçè CDMA2000 1X EV-DO.
π/4-QPSK
Ôàçîâîå ñîçâåçäèå äëÿ êâàäðàòóðíîé π/4 ÔÌí.
Çäåñü èçîáðàæåíû äâà îòäåëüíûõ ñîçâåçäèÿ èñïîëüçóþùèå êîäèðîâàíèå
Ãðåÿ, êîòîðûå ïîâåðíóòû íà 45° îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà. Îáû÷íî, ÷åòíûå
è íå÷åòíûå áèòû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îïðåäåëåíèÿ òî÷åê ñîîòâåòñòâóþùåãî
ñîçâåçäèÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ìàêñèìàëüíîãî ñêà÷êà ôàçû ñ 180°
äî 135°. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èñïîëüçîâàíèå π/4-QPSK ïðèâîäèò ê ïðîñòîé
äåìîäóëÿöèè è âñëåäñòâèå ýòîãî îíà èñïîëüçóåòñÿ â ñèñòåìàõ ñîòîâîé
ñâÿçè ñ âðåìåííûì ðàçäåëåíèåì êàíàëîâ.
ÔÌí áîëåå âûñîêèõ ïîðÿäêîâ
Ôàçîâîå ñîçâåçäèå äëÿ âîñüìèðè÷íîé ÔÌí.
èñòî÷íèê: wikipedia.org