• Me modulim të zhvendosjes kuadratike QPSK (Ofset QPSK) Lëvizjet njëfazore (të njëkohshme) të pikës së sinjalit janë të kufizuara në 90 gradë. Lëvizjet e tij të njëkohshme përgjatë kanaleve I dhe Q, d.m.th. kalimi në 180 gradë është i pamundur, gjë që eliminon lëvizjen e pikës së sinjalit përmes zeros

Një nga disavantazhet e modulimit kanonik të fazës kuadratike është se kur simbolet në të dy kanalet e modulatorit kuadratikë ndryshohen njëkohësisht, sinjali QPSK shkakton një kërcim 180° në fazën mbajtëse. Kur gjenerohet një sinjal konvencional QPSK, në këtë moment pika e sinjalit lëviz në zero, domethënë pika e sinjalit lëviz me 180 gradë. Në momentin e një lëvizjeje të tillë ndodh zvogëlimi i amplitudës së sinjalit RF të gjeneruar në zero.

Ndryshime të tilla të rëndësishme të sinjalit janë të padëshirueshme sepse ato rrisin gjerësinë e brezit të sinjalit. Për të përforcuar një sinjal të tillë, i cili ka dinamikë të konsiderueshme, kërkohen shtigje transmetimi shumë lineare dhe, në veçanti, amplifikatorët e fuqisë. Zhdukja e sinjalit RF në momentin kur pika e sinjalit kalon zeron gjithashtu degradon cilësinë e funksionimit të sistemeve të sinkronizimit të pajisjeve radio.

Figura më poshtë krahason lëvizjen e pikës së sinjalit në diagramin vektorial për dy simbolet e para të sekuencës - nga gjendja 11 në 01 për QPSK tradicionale dhe për QPSK offset.

Krahasimi i lëvizjeve të pikës së sinjalit me QPSK (majtas) dhe OQPSK (djathtas) për dy simbole 11 01

Një sërë termash përdoren për të treguar OQPSK: kompensuar QPSK, offset QPSK, modulim i kompensuar QPSK, PM katërfazore me kompensim. Ky modulim përdoret, për shembull, në sistemet CDMA për të organizuar një kanal komunikimi lart në pajisjet standarde ZigBee.

• Formimi i OQPSK-së
  

Modulimi OQPSK përdor të njëjtin kodim të sinjalit si QPSK. Dallimi është se lëvizja nga një gjendje modulimi në tjetrën (nga një pikë e konstelacionit në tjetrën) kryhet në dy hapa. Së pari, në momentin e orës në fillim të simbolit, komponenti I ndryshon dhe pas gjysmës së simbolit, komponenti Q ndryshon (ose anasjelltas).
Për ta bërë këtë, komponentët kuadratikë të sekuencës së informacionit I(t) dhe Q(t) zhvendosen në kohë me kohëzgjatjen e një element informacioni T=Ts/2, d.m.th. për gjysmën e kohëzgjatjes së simbolit, siç tregohet në figurë.

Gjenerimi i sinjaleve QPSK dhe OQPSK për sekuencën 1101001011110010011

Me një zhvendosje të tillë të sinjaleve përbërëse, çdo ndryshim në fazën e sinjalit të gjeneruar, i prodhuar nga ana tjetër nga sinjalet kuadratike, përcaktohet nga vetëm një element i sekuencës origjinale të informacionit, dhe jo njëkohësisht nga dy (dibit), si me QPSK. Si rezultat, nuk ka tranzicione fazore 180°, pasi çdo element i sekuencës origjinale të informacionit që arrin në hyrjen e modulatorit të kanalit në fazë ose kuadraturë mund të shkaktojë një ndryshim fazor prej vetëm 0, +90° ose -90°.

Lëvizjet e mprehta fazore të pikës së sinjalit kur gjenerohet një sinjal OQPSK ndodhin dy herë më shpesh në krahasim me QPSK, pasi sinjalet përbërëse nuk ndryshojnë njëkohësisht, por ato janë të paqarta. Me fjalë të tjera, madhësia e kalimeve fazore në OQPSK është më e vogël në krahasim me QPSK, por frekuenca e tyre është dy herë më e lartë.

Frekuenca e tranzicionit të fazës së sinjaleve QPSK dhe OQPSK për një sekuencë bit të përsëritur 1101

Në një qark tradicional të modulatorit kuadratik, formimi i një sinjali QPSK mund të arrihet duke përdorur një vonesë të komponentëve të sinjalit dixhital sipas kohëzgjatjes së bitit T në një nga kanalet e kontrollit të kuadraturës.

Nëse përdoret një filtër i përshtatshëm kur gjenerohet OQPSK, lëvizja midis pikave të ndryshme në konstelacionin e sinjalit mund të kryhet pothuajse tërësisht në një rreth (Figura). Si rezultat, amplituda e sinjalit të gjeneruar mbetet pothuajse konstante.

Më parë, ne konsideruam llojet e modulimit dixhital, të cilat, kur transmetonin një simbol, transmetonin një grimë informacioni. Tani do të prezantojmë një parametër tjetër, të cilin do ta quajmë shpejtësi simbolike e transferimit. Nëse një bit informacioni është i koduar nga një simbol, shpejtësia e transmetimit të informacionit përkon gjithmonë me shpejtësinë e simbolit të transmetuesit. Por nëse transmetojmë 2 bit informacion në të njëjtën kohë me një simbol, atëherë shpejtësia e simbolit të transmetuesit është e barabartë me . Në këtë rast, shpesh lind pyetja: si të kodojmë dy impulse njëherësh me një impuls? Më poshtë do t'i përgjigjemi kësaj pyetjeje dhe do të shqyrtojmë çelësin e zhvendosjes së fazës kuadratike (QPSK). Ky artikull do nje numer i madh i material ilustrues i nevojshëm për të kuptuar parimin e QPSK-së.

Kodimi i dy biteve të informacionit të transmetuar me një simbol

Modulimi QPSK bazohet në kodimin e dy pjesëve të informacionit të transmetuar në një simbol. Në këtë rast, shkalla e simbolit është dy herë më e ulët se shpejtësia e transferimit të informacionit. Për të kuptuar se si një karakter kodon dy bit njëherësh, merrni parasysh Figurën 1.

Figura 1: Diagrami vektorial i sinjaleve BPSK dhe QPSK

Figura 1 tregon diagramet vektoriale të sinjaleve BPSK dhe QPSK. Sinjali BPSK u diskutua më herët, dhe thamë se një simbol BPSK kodon një bit informacion, ndërsa në diagramin vektorial BPSK ka vetëm dy pika në boshtin në fazë, që i përgjigjen zeros dhe një prej informacioneve të transmetuara. Kanali i kuadratit në rastin e BPSK është gjithmonë zero. Pikat në diagramin vektorial formojnë një konstelacion të kyçjes së zhvendosjes së fazës. Për të koduar dy bit informacione me një simbol, është e nevojshme që konstelacioni të përbëhet nga katër pika, siç tregohet në diagramin vektorial QPSK në figurën 1. Më pas marrim atë dhe janë të ndryshme nga zero, të gjitha pikat e yjësisë. ndodhen në rrethin e njësisë. Pastaj kodimi mund të bëhet si më poshtë: ndani rrymën e biteve në bit çift dhe tek, më pas bitët çift do të kodohen dhe bitët tek do të kodohen. Dy pjesë të njëpasnjëshme informacioni kodohen njëkohësisht nga sinjalet në fazë dhe kuadratike. Kjo tregohet qartë në oshilogramet e paraqitura në figurën për rrjedhën e informacionit "1100101101100001".

Figura 2: Komponentët në fazë dhe kuadratikë të një sinjali QPSK

Në grafikun e sipërm, rryma hyrëse është e ndarë në çifte bitësh që i korrespondojnë një pike në konstelacionin QPSK të paraqitur në figurën 1. Grafiku i dytë tregon formën e valës që korrespondon me informacionin e transmetuar. Nëse biti çift është 1 (vini re se bitet numërohen nga zero, jo një, kështu që biti i parë në radhë numërohet me 0, që do të thotë se është në rregull), dhe nëse biti çift është 0 (d.m.th.). Një kanal kuadraturash është ndërtuar në mënyrë të ngjashme, por vetëm duke përdorur bit tek. Kohëzgjatja e një simboli është dyfishi i kohëzgjatjes së një bit të informacionit origjinal. Pajisja që kryen një kodim të tillë dhe sipas konstelacionit QPSK tregohet në mënyrë konvencionale në Figurën 3.

Figura 3: Koduesi në fazë dhe kuadratik i bazuar në konstelacionin QPSK

Në varësi të çiftit të biteve në hyrje, në dalje marrim sinjale konstante brenda kohëzgjatjes së këtij çifti bitësh dhe , vlera e të cilave varet nga informacioni i transmetuar.

Blloku i një modulatori QPSK

Diagrami bllok i një modulatori të bazuar në QPSK është paraqitur në Figurën 4.

Figura 4: Blloku i një modulatori QPSK

Sinjali duket si ky:

(1)

Komponentët në fazë dhe kuadratikë nuk janë gjë tjetër veçse pjesët reale dhe imagjinare të sinjalit QPSK, të cilat janë sinjalet hyrëse të modulatorit të kuadraturës. Atëherë ne mund ta përfaqësojmë atë përmes zarfit të tij kompleks:

Është e rëndësishme të theksohet se arktangjentja duhet të llogaritet duke marrë parasysh rrafshin kompleks çerek (funksioni i arktangjentes 2). Lloji i mbulesës së fazës për rrjedhën e informacionit "1100101101100001" është paraqitur në Figurën 5.

Figura 5: Zarfi fazor i një sinjali QPSK

Zarfi i fazës është një funksion hap i kohës që pëson ndërprerje kur ndryshon simboli QPSK (kujtoni se një simbol QPSK mbart dy pjesë informacioni). Për më tepër, brenda një simboli, diagrami vektorial QPSK është gjithmonë në një pikë të konstelacionit, siç tregohet më poshtë, dhe kur ndryshon një simbol, ai hidhet në pikën që korrespondon me simbolin tjetër. Meqenëse QPSK ka vetëm katër pika në konstelacion, mbështjellja e fazës mund të marrë vetëm katër vlera: dhe .

Zarfi i amplitudës së një sinjali QPSK gjithashtu mund të rrjedh nga mbështjellësi kompleks:

(4)

Vini re se mbështjellja e amplitudës së sinjalit QPSK është e barabartë me unitetin kudo, me përjashtim të momenteve të ndryshimit të simboleve të transmetuara, d.m.th., në momentet e një kërcimi fazor dhe kalimi në pikën tjetër të konstelacionit.

Një shembull i një oshilogrami të një sinjali QPSK me një rrymë bit hyrëse prej "1100101101100001" me shpejtësinë e transferimit të informacionit dhe një frekuencë bartëse prej 20 kHz është paraqitur në figurën 6.

Figura 6: Forma valore e sinjalit QPSK

Ju lutemi vini re se faza e lëkundjes së bartësit mund të marrë katër vlera: dhe radiane. Në këtë rast, faza e simbolit të ardhshëm në lidhje me atë të mëparshme mund të mos ndryshojë, ose mund të ndryshojë me ose me radianë. Vëmë re gjithashtu se në shpejtësinë e transferimit të informacionit kemi një shpejtësi simboli dhe një kohëzgjatje prej një simboli, i cili është qartë i dukshëm në oshilogram (kërcimi i fazës ndodh pas 0.2 ms).

Figura 7 tregon spektrin BPSK dhe spektrit QPSK sinjale në një frekuencë bartëse prej 100 kHz. Mund të vërehet se gjerësia e lobit kryesor, si dhe e lobeve anësore të një sinjali QPSK, është sa gjysma e një sinjali BPSK me të njëjtën shpejtësi të transferimit të informacionit. Kjo për shkak se shpejtësia e simboleve të një sinjali QPSK është gjysma e shpejtësisë së informacionit, ndërsa shpejtësia e simboleve BPSK është e barabartë me shpejtësinë e informacionit. Nivelet anësore të QPSK dhe BPSK janë të barabarta.

Formimi i spektrit të një sinjali QPSK duke përdorur filtrat Nyquist

Më parë, kemi shqyrtuar çështjen e ngushtimit të gjerësisë së brezit të sinjalit kur përdorim filtrat e formësimit Nyquist me një përgjigje frekuence të formës së kosinusit të ngritur. Filtrat e formësimit bëjnë të mundur sigurimin e transmetimit të një sinjali BPSK me një shpejtësi prej 1 bit/s për gjerësinë e brezit të sinjalit 1 Hz duke eliminuar ndërhyrjen ndërsimbolike në anën marrëse. Megjithatë, filtra të tillë nuk janë të realizueshëm, kështu që në praktikë përdoren filtra formësues që ofrojnë 0,5 bit/s për gjerësinë e brezit të sinjalit 1 Hz. Në rastin e QPSK, shpejtësia e transmetimit të informacionit është dyfishi i shpejtësisë së simboleve, atëherë përdorimi i filtrave të formësimit na jep mundësinë të transmetojmë 0,5 simbole në sekondë për brezin 1 Hz, ose 1 bit/s informacion dixhital për brezin 1 Hz kur duke përdorur një filtër me një përgjigje frekuence të tipit kosinus të ngritur. Thamë se përgjigja e impulsit të filtrit të formësimit Nyquist varet nga parametri dhe ka formën:

(5)

Figura 8 tregon spektrat kur përdoren filtrat e formësimit Nyquist me parametrin .

Figura 8 tregon me të zezë spektrin e sinjalit QPSK pa përdorur një filtër formësimi. Mund të shihet se përdorimi i një filtri Nyquist bën të mundur që të shtypen plotësisht lobet anësore si në spektrin BPSK ashtu edhe në spektrin e sinjalit QPSK. Diagrami bllok i një modulatori QPSK duke përdorur një filtër formësimi është paraqitur në Figurën 9.

Figura 9: Diagrami bllok i një modulatori QPSK duke përdorur një filtër formësimi

Grafikët që shpjegojnë funksionimin e modulatorit QPSK janë paraqitur në Figurën 10.

Figura 10: Grafikët shpjegues

Informacioni dixhital arrin me shpejtësi dhe shndërrohet në simbole dhe, në përputhje me konstelacionin QPSK, kohëzgjatja e një simboli të transmetuar është . Gjeneratori i orës prodhon një sekuencë pulsesh delta me një periodë, por të lidhur me qendrën e pulsit dhe, siç tregohet në grafikun e katërt. Impulset e gjeneratorit të orës janë të mbyllura dhe duke përdorur çelsat dhe marrim mostra dhe, të paraqitura në dy grafikët e poshtëm, të cilët ngacmojnë interpolatorin në formë filtri me një përgjigje impulsi dhe në dalje kemi komponentët në fazë dhe kuadratikë të mbështjellësit kompleks. , të cilat ushqehen me një modulator kuadratik universal. Në daljen e modulatorit marrim një sinjal QPSK me shtypjen e lobeve anësore të spektrit.

Ju lutemi vini re se komponentët në fazë dhe kuadratikë bëhen funksione të vazhdueshme të kohës, si rezultat, vektori i mbështjellësit kompleks QPSK nuk ndodhet më në pikat e konstelacionit, duke kërcyer gjatë një ndryshimi simboli, por lëviz vazhdimisht në planin kompleks siç tregohet në Figura 11 kur përdoret një filtër kosinus i ngritur me parametra të ndryshëm.

, e cila demonstrohet qartë nga oshilogrami i sinjalit QPSK i paraqitur në figurën 12. Figura 12: Forma valore e një sinjali QPSK duke përdorur një filtër formësues Nyquist konkluzionet Në këtë artikull, ne prezantuam një koncept të ri - shpejtësinë simbolike të transmetimit të informacionit dhe shikuam se si është e mundur të kodohen dy bit informacioni të transmetuar me një simbol kur përdorni modulimin QPSK. U morën parasysh konstelacioni i sinjalit QPSK dhe bllok diagrami i modulatorit QPSK. Ne analizuam gjithashtu spektrin e sinjalit QPSK dhe mënyrën se si ai u ngushtua duke përdorur një filtër formësimi Nyquist (kosinus i ngritur). U zbulua se ndezja e filtrit të formësimit çon në lëvizje të vazhdueshme të vektorit kompleks të mbështjellësit të sinjalit QPSK përgjatë planit kompleks, si rezultat i të cilit sinjali fiton një mbështjellës amplitudë. Në artikullin tjetër do të vazhdojmë të njihemi me QPSK, në veçanti do të shqyrtojmë varietetet e tij: offset QPSK dhe pi/4 QPSK.

ku A dhe φ 0 janë konstante, ω është frekuenca bartëse.

Informacioni është i koduar nga faza φ(t) . Meqenëse gjatë demodulimit koherent marrësi ka një bartës të rindërtuar s C (t) = Acos(ωt +φ 0), atëherë duke krahasuar sinjalin (2) me bartësin llogaritet zhvendosja e fazës aktuale φ(t). Ndryshimi fazor φ(t) lidhet një me një me sinjalin e informacionit c(t).

Modulimi i fazës binare (BPSK – BinaryPhaseShiftKeying)

Seti i vlerave të sinjalit të informacionit (0,1) i caktohet në mënyrë unike grupit të ndryshimeve të fazës (0, π). Kur vlera e sinjalit të informacionit ndryshon, faza e sinjalit të radios ndryshon me 180º. Kështu, sinjali BPSK mund të shkruhet si

Prandaj, s(t)=A⋅2(c(t)-1/2)cos(ωt + φ 0). Kështu, për të zbatuar modulimin BPSK, mjafton të shumëzoni sinjalin bartës me sinjalin e informacionit, i cili ka shumë vlera (-1,1). Në dalje të modulatorit të brezit bazë sinjalet

I(t)= A⋅2(c(t)-1/2), Q(t)=0

Forma kohore e sinjalit dhe konstelacioni i tij tregohen në Fig. 3.

Oriz. 12. Forma kohore dhe konstelacioni i sinjalit të sinjalit BPSK: a – mesazh dixhital; b – sinjal modulues; c – lëkundje HF e moduluar; G– konstelacioni i sinjalit

Modulimi i fazës kuadratike (QPSK – QuadraturePhaseShiftKeying)

Modulimi i fazës kuadratike është një modulim fazor me katër nivele (M=4), në të cilin faza e lëkundjes me frekuencë të lartë mund të marrë 4 vlera të ndryshme në rritje prej π/2.

Marrëdhënia midis zhvendosjes së fazës së lëkundjes së moduluar nga grupi (±π / 4,±3π / 4) dhe grupit të simboleve të mesazheve dixhitale (00, 01, 10, 11) përcaktohet në çdo rast specifik nga standardi për kanalin e radios dhe shfaqet nga një plejadë sinjalesh e ngjashme me figurën 4. Shigjetat tregojnë kalimet e mundshme nga një gjendje fazore në tjetrën.

Oriz. 13. Konstelacioni i modulimit QPSK

Nga figura mund të shihet se korrespondenca midis vlerave të simboleve dhe fazës së sinjalit është vendosur në atë mënyrë që në pikat fqinje të konstelacionit të sinjalit, vlerat e simboleve përkatëse ndryshojnë vetëm në një. pak. Kur transmetoni në kushte të zhurmshme, gabimi më i mundshëm do të jetë përcaktimi i fazës së një pike konstelacioni ngjitur. Me këtë kodim, megjithëse ka ndodhur një gabim në përcaktimin e kuptimit të një simboli, ky do të korrespondojë me një gabim në një (jo dy) bit informacioni. Kështu, arrihet një reduktim në probabilitetin e gabimit të bitit. Metoda e specifikuar kodimi quhet kod gri.

Modulimi fazor me shumë pozicione (M-PSK)

M-PSK formohet, si modulimet e tjera me shumë pozicione, duke grupuar k = log 2 M bit në simbole dhe duke futur një korrespondencë një-për-një midis një grupi vlerash simbolesh dhe një grupi vlerash të moduluara të zhvendosjes së formës së valës. Vlerat e zhvendosjes së fazës nga grupi ndryshojnë me të njëjtën sasi. Për shembull, Fig. 4 tregon konstelacionin e sinjalit për 8-PSK me kodim gri.

Oriz. 14. Konstelacioni i sinjalit të modulimit 8-PSK

Llojet e modulimit me fazë amplitudë (QAM)

Natyrisht, për të koduar informacionin e transmetuar, mund të përdorni jo një parametër të valës bartëse, por dy njëkohësisht.

Niveli minimal i gabimeve të simboleve do të arrihet nëse distanca ndërmjet pikave ngjitur në konstelacionin e sinjalit është e njëjtë, d.m.th. shpërndarja e pikave në konstelacion do të jetë uniforme në rrafsh. Prandaj, konstelacioni i sinjalit duhet të ketë një pamje grilë. Modulimi me këtë lloj konstelacioni të sinjalit quhet modulim i amplitudës kuadratike (QAM - Quadrature Amplitude Modulation).

QAM është modulim me shumë pozicione. Kur M=4 korrespondon me QPSK, prandaj konsiderohet zyrtarisht për QAM M ≥ 8 (pasi numri i biteve për simbol k = log 2 M ,k∈N , atëherë M mund të marrë vetëm vlerat e fuqive 2: 2, 4, 8, 16, etj.). Për shembull, Fig. 5 tregon një konstelacion sinjalesh 16-QAM me kodim Gri.

Oriz. 15. 16 –Yjësia e modulimit QAM

Llojet e frekuencës së modulimit (FSK, MSK, M-FSK, GFSK, GMSK).

Në rastin e modulimit të frekuencës, parametri i dridhjes së bartësit - bartësi i informacionit - është frekuenca bartëse ω(t). Sinjali i moduluar i radios ka formën:

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),

ku ω c është frekuenca qendrore konstante e sinjalit, ω d është devijimi (ndryshimi) i frekuencës, c(t) është sinjali i informacionit, φ 0 është faza fillestare.

Nëse sinjali i informacionit ka 2 vlera të mundshme, bëhet modulimi binar i frekuencës (FSK - FrequencyShiftKeying). Sinjali i informacionit në (4) është polar, d.m.th. merr vlerat (-1,1), ku -1 korrespondon me vlerën e sinjalit të informacionit origjinal (jopolar) 0, dhe 1 me një. Kështu, me modulimin binar të frekuencës, grupi i vlerave të sinjalit origjinal të informacionit (0,1) shoqërohet me grupin e vlerave të frekuencës së sinjalit radio të moduluar (ω c -ω d, ω c + ω d). Lloji i sinjalit FSK është paraqitur në Fig. 1.11.

Oriz. 16. Sinjali FSK: a – mesazh informativ; b- sinjal modulues; c – modulimi i lëkundjes së HF

Nga (4) vijon zbatimi i drejtpërdrejtë i modulatorit FSK: sinjalet I(t) dhe Q(t) kanë formën: I (t) = Acos(ω d c(t)t), Q(t) = Asin( ω d c(t )t) . Meqenëse funksionet sin dhe cos marrin vlera në intervalin [-1..1], konstelacioni i sinjalit të sinjalit FSK është një rreth me rreze A.

5. VËSHTRIM I PËRGJITHSHËM I LLOJËVE TË MODULIMIT

Transformimi i një lëkundje harmonike bartëse (një ose më shumë nga parametrat e tij) në përputhje me ligjin e ndryshimit në sekuencën e informacionit të transmetuar quhet modulim. Kur transmetojnë sinjale dixhitale në formë analoge, ato funksionojnë me konceptin e manipulimit.

Metoda e modulimit luan një rol të madh në arritjen e shpejtësisë maksimale të mundshme të transmetimit të informacionit për një probabilitet të caktuar të marrjes së gabuar. Aftësitë maksimale të sistemit të transmetimit mund të vlerësohen duke përdorur formulën e njohur Shannon, e cila përcakton varësinë e kapacitetit C të një kanali të vazhdueshëm me zhurmë të bardhë Gaussian nga brezi i përdorur i frekuencave F dhe raporti i fuqive të sinjalit dhe zhurmës Pc/ Psh.

ku PC është fuqia mesatare e sinjalit;

PSh është fuqia mesatare e zhurmës në brezin e frekuencës.

Gjerësia e brezit përcaktohet si kufiri i sipërm i shpejtësisë aktuale të transmetimit të informacionit V. Shprehja e mësipërme na lejon të gjejmë vlerën maksimale të shpejtësisë së transmetimit që mund të arrihet në një kanal Gaussian me vlerat e dhëna: gjerësia e diapazonit të frekuencës në të cilën bëhet transmetimi (DF) dhe raporti sinjal-zhurmë (PC/RSh).

Probabiliteti i marrjes së gabuar të bitit në një sistem të caktuar transmetimi përcaktohet nga raporti PC/РШ. Nga formula e Shannon-it rezulton se një rritje në shpejtësinë specifike të transmetimit V/DF kërkon një rritje të kostove të energjisë (PC) për bit. Varësia e shpejtësisë specifike të transmetimit nga raporti sinjal-zhurmë është treguar në Fig. 5.1.

Figura 5.1 – Varësia e shpejtësisë specifike të transmetimit nga raporti sinjal-zhurmë

Çdo sistem transmetimi mund të përshkruhet nga një pikë që shtrihet poshtë kurbës së treguar në figurë (rajoni B). Kjo kurbë shpesh quhet kufiri ose kufiri i Shannon-it. Për çdo pikë në zonën B, është e mundur të krijohet një sistem komunikimi, probabiliteti i marrjes së gabuar të të cilit mund të jetë aq i vogël sa kërkohet.

Sistemet moderne të transmetimit të të dhënave kërkojnë që probabiliteti i një gabimi të pazbuluar të jetë jo më i lartë se 10-4...10-7.

Në teknologjinë moderne të komunikimit dixhital, më të zakonshmet janë modulimi i frekuencës (FSK), modulimi i fazës relative (DPSK), modulimi i fazës kuadratike (QPSK), modulimi i fazës së kompensuar (offset), i referuar si O-QPSK ose SQPSK, modulimi i amplitudës kuadratike ( QAM).

Me modulimin e frekuencës, vlerat "0" dhe "1" të sekuencës së informacionit korrespondojnë me frekuenca të caktuara të sinjalit analog me një amplitudë konstante. Modulimi i frekuencës është shumë rezistent ndaj zhurmës, por modulimi i frekuencës dëmton gjerësinë e brezit të kanalit të komunikimit. Prandaj, ky lloj modulimi përdoret në protokollet me shpejtësi të ulët që lejojnë komunikimin përmes kanaleve me një raport të ulët sinjal-zhurmë.

Me modulimin relativ të fazës, në varësi të vlerës së elementit të informacionit, ndryshon vetëm faza e sinjalit, ndërsa amplituda dhe frekuenca mbeten të pandryshuara. Për më tepër, çdo bit informacioni shoqërohet jo me vlerën absolute të fazës, por me ndryshimin e tij në lidhje me vlerën e mëparshme.

Më shpesh, përdoret DPSK katërfazore, ose DPSK e dyfishtë, bazuar në transmetimin e katër sinjaleve, secila prej të cilave mbart informacion rreth dy bit (dibit) të sekuencës binare origjinale. Zakonisht përdoren dy grupe fazash: në varësi të vlerës së dibitit (00, 01, 10 ose 11), faza e sinjalit mund të ndryshojë në 0°, 90°, 180°, 270° ose 45°, 135°, 225 °, përkatësisht 315°. Në këtë rast, nëse numri i biteve të koduar është më shumë se tre (8 pozicione të rrotullimit fazor), imuniteti i zhurmës i DPSK zvogëlohet ndjeshëm. Për këtë arsye, DPSK nuk përdoret për transmetimin e të dhënave me shpejtësi të lartë.

Modemët e modulimit të fazës me 4 pozicione ose kuadratura përdoren në sisteme ku efikasiteti spektral teorik i pajisjeve transmetuese BPSK (1 bit/(s·Hz)) është i pamjaftueshëm për gjerësinë e brezit të disponueshëm. Teknikat e ndryshme të demodulimit të përdorura në sistemet BPSK përdoren gjithashtu në sistemet QPSK. Përveç shtrirjes direkte të metodave të modulimit binar në rastin e QPSK, përdoret edhe modulimi me 4 pozicione me zhvendosje (offset). Disa lloje të QPSK dhe BPSK janë dhënë në tabelë. 5.1.

Me modulimin e amplitudës kuadratike, ndryshon si faza ashtu edhe amplituda e sinjalit, gjë që ju lejon të rritni numrin e biteve të koduara dhe në të njëjtën kohë të përmirësoni ndjeshëm imunitetin ndaj zhurmës. Aktualisht, përdoren metoda modulimi në të cilat numri i biteve të informacionit të koduar në një interval baud mund të arrijë 8...9, dhe numri i pozicioneve të sinjalit në hapësirën e sinjalit mund të arrijë 256...512.

Tabela 5.1 – Llojet e QPSK dhe BPSK

PSK binare	PSK me katër pozicione	Përshkrim i shkurtër
BPSK	QPSK	BPSK dhe QPSK koherente konvencionale
DEBPSK	DEQPSK	BPSK dhe QPSK koherente konvencionale me kodim relativ dhe SVN
DBSK	DQPSK	QPSK me demodulim autokorrelacioni (pa EHV)
FBPSK		BPSK ose QPSK Me procesor të patentuar Feer i përshtatshëm për sisteme amplifikuese jolineare QPSK me zhvendosje (offset) QPSK me shift dhe kodim relativ QPSK me ndërrim dhe procesorë të patentuar të Feer QPSK me kodim relativ dhe zhvendosje fazore me p/4

Paraqitja kuadratike e sinjaleve është një mjet i përshtatshëm dhe mjaft universal për t'i përshkruar ato. Paraqitja e kuadraturës është të shprehë dridhjen si një kombinim linear i dy komponentëve ortogonalë - sinusit dhe kosinusit:

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

ku x(t) dhe y(t) janë sasi diskrete bipolare.

Një modulim (manipulim) i tillë diskret kryhet në dy kanale në bartës të zhvendosur me 90° në raport me njëri-tjetrin, d.m.th. të vendosura në kuadraturë (prandaj edhe emri i metodës së përfaqësimit dhe gjenerimit të sinjalit).

Le të shpjegojmë funksionimin e qarkut të kuadraturës (Fig. 5.2) duke përdorur shembullin e gjenerimit të sinjaleve QPSK.

Figura 5.2 – Qarku i modulatorit kuadratik

Sekuenca origjinale e simboleve binare të kohëzgjatjes T ndahet, duke përdorur një regjistër zhvendosjeje, në pulse Y teke, të cilat furnizohen në kanalin kuadraturor (coswt) dhe pulse X çift, të furnizuara në kanalin në fazë (sinwt). Të dy sekuencat e impulseve arrijnë në hyrjet e formuesve manipulues përkatës të pulseve, në daljet e të cilëve formohen sekuenca pulsesh bipolare x(t) dhe y(t).

Impulset manipuluese kanë një amplitudë dhe kohëzgjatje prej 2T. Pulset x(t) dhe y(t) mbërrijnë në hyrjet e shumëzuesve të kanaleve, në daljet e të cilëve formohen lëkundje dyfazore të moduluara në fazë. Pas përmbledhjes, ato formojnë një sinjal QPSK.

Shprehja e mësipërme për përshkrimin e sinjalit karakterizohet nga pavarësia reciproke e pulseve manipuluese me shumë nivele x(t), y(t) në kanale, d.m.th. Një nivel në një kanal mund të korrespondojë me një nivel prej një ose zero në një kanal tjetër. Si rezultat, sinjali i daljes së qarkut kuadraturë ndryshon jo vetëm në fazë, por edhe në amplitudë. Meqenëse manipulimi i amplitudës kryhet në çdo kanal, ky lloj modulimi quhet modulim i kuadraturës së amplitudës.

Duke përdorur një interpretim gjeometrik, çdo sinjal QAM mund të përfaqësohet si një vektor në hapësirën e sinjalit.

Duke shënuar vetëm skajet e vektorëve, për sinjalet QAM marrim një imazh në formën e një pike sinjali, koordinatat e së cilës përcaktohen nga vlerat x(t) dhe y(t). Grupi i pikave të sinjalit formon të ashtuquajturin konstelacion të sinjalit.

Në Fig. 5.3 tregon bllok diagramin e modulatorit, dhe Fig. 5.4 - konstelacioni i sinjalit për rastin kur x(t) dhe y(t) marrin vlera ±1, ±3 (QAM-4).

Figura 5.4 – Diagrami i sinjalit QAM-4

Vlerat ±1, ±3 përcaktojnë nivelet e modulimit dhe janë relative në natyrë. Konstelacioni përmban 16 pika sinjali, secila prej të cilave korrespondon me katër bit informacioni të transmetuar.

Një kombinim i niveleve ±1, ±3, ±5 mund të formojë një plejadë prej 36 pikash sinjali. Megjithatë, nga këto, protokollet ITU-T përdorin vetëm 16 pika të shpërndara në mënyrë të barabartë në hapësirën e sinjalit.

Ka disa mënyra për të zbatuar praktikisht QAM-4, më e zakonshme prej të cilave është e ashtuquajtura metoda e modulimit të superpozicionit (SPM). Skema që zbaton këtë metodë përdor dy QPSK identike (Fig. 5.5).

Duke përdorur të njëjtën teknikë për marrjen e QAM, mund të merrni një diagram për zbatimin praktik të QAM-32 (Fig. 5.6).

Figura 5.5 – Qarku i modulatorit QAM-16

Figura 5.6 – Qarku i modulatorit QAM-32

Marrja e QAM-64, QAM-128 dhe QAM-256 ndodh në të njëjtën mënyrë. Skemat për marrjen e këtyre modulimeve nuk janë dhënë për shkak të natyrës së tyre të rëndë.

Nga teoria e komunikimit dihet se me një numër të barabartë pikash në konstelacionin e sinjalit, imuniteti ndaj zhurmës i sistemeve QAM dhe QPSK është i ndryshëm. Me një numër të madh pikash sinjali, spektri QAM është identik me spektrin e sinjaleve QPSK. Sidoqoftë, sinjalet QAM kanë performancë më të mirë se sistemet QPSK. Arsyeja kryesore për këtë është se distanca midis pikave të sinjalit në një sistem QPSK është më e vogël se distanca midis pikave të sinjalit në një sistem QAM.

Në Fig. Figura 5.7 tregon konstelacionet e sinjalit të sistemeve QAM-16 dhe QPSK-16 me të njëjtën forcë sinjali. Distanca d midis pikave ngjitur të një konstelacioni sinjalistik në një sistem QAM me nivele të modulimit L përcaktohet nga shprehja:

(5.3)

Po kështu për QPSK:

(5.4)

ku M është numri i fazave.

Nga shprehjet e mësipërme rezulton se me një rritje të vlerës së M dhe nivelit të njëjtë të fuqisë, sistemet QAM janë të preferueshme ndaj sistemeve QPSK. Për shembull, me M=16 (L = 4) dQAM = 0,47 dhe dQPSK = 0,396, dhe me M=32 (L = 6) dQAM = 0,28, dQPSK = 0,174.

Kështu, mund të themi se QAM është shumë më efikas në krahasim me QPSK, i cili lejon përdorimin e një modulimi më shumë nivelesh me të njëjtin raport sinjal-zhurmë. Prandaj, mund të konkludojmë se karakteristikat QAM do të jenë më afër kufirit të Shannon (Fig. 5.8) ku: 1 – Kufiri i Shannon, 2 – QAM, 3 – ARC i pozicionit M, 4 – PSK i pozicionit M.

Figura 5.8 - Varësia e efikasitetit spektral të modulimeve të ndryshme nga C/N

Në përgjithësi, sistemet QAM të pozicionit M të fitimit linear si 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM kanë efikasitet spektral më të lartë se fitimi linear QPSK, i cili ka një kufi teorik të efikasitetit prej 2 bit/(s∙Hz) .

Një nga tiparet karakteristike të QAM janë vlerat e ulëta të fuqisë jashtë brezit (Fig. 5.9).

Figura 5.9 – Spektri energjetik i QAM-64

Përdorimi i QAM me shumë pozicione në formën e tij të pastër shoqërohet me problemin e imunitetit të pamjaftueshëm ndaj zhurmës. Prandaj, në të gjitha protokollet moderne me shpejtësi të lartë, QAM përdoret në lidhje me kodimin e kafazit (TCM). Konstelacioni i sinjalit TCM përmban më shumë pika sinjali (pozicione sinjali) sesa kërkohet për modulimin pa kodim të kafazit. Për shembull, QAM 16-bit konvertohet në një konstelacion 32-QAM të koduar me kafaz. Pikat shtesë të konstelacionit ofrojnë tepricë të sinjalit dhe mund të përdoren për zbulimin dhe korrigjimin e gabimeve. Kodimi konvolucional i kombinuar me TCM prezanton varësinë midis pikave të njëpasnjëshme të sinjalit. Rezultati ishte një teknikë e re modulimi e quajtur modulimi Trellis. Një kombinim i një kodi specifik rezistent ndaj zhurmës QAM i zgjedhur në një mënyrë të caktuar quhet strukturë e kodit të sinjalit (SCC). SCM-të bëjnë të mundur rritjen e imunitetit ndaj zhurmës së transmetimit të informacionit së bashku me uljen e kërkesave për raportin sinjal-zhurmë në kanal me 3 - 6 dB. Gjatë procesit të demodulimit, sinjali i marrë deshifrohet duke përdorur algoritmin Viterbi. Është ky algoritëm, nëpërmjet përdorimit të tepricës së futur dhe njohurive të historisë së procesit të marrjes, që lejon, duke përdorur kriterin maksimal të gjasave, të zgjedhë pikën e referencës më të besueshme nga hapësira e sinjalit.

Përdorimi i QAM-256 ju lejon të transmetoni 8 gjendje sinjali, domethënë 8 bit, në 1 baud. Kjo ju lejon të rrisni ndjeshëm shpejtësinë e transferimit të të dhënave. Pra, me një gjerësi diapazoni transmetimi prej Df = 45 kHz (si në rastin tonë), 1 baud, domethënë 8 bit, mund të transmetohet në një interval kohor prej 1/Df. Atëherë shpejtësia maksimale e transmetimit mbi këtë interval të frekuencës do të jetë

Meqenëse në këtë sistem transmetimi kryhet në dy diapazon frekuencash me të njëjtën gjerësi, atëherë shpejtësia maksimale e transmetimit të këtij sistemi do të jetë 720 kbit/s.

Meqenëse rryma e biteve të transmetuara përmban jo vetëm bit informacioni, por edhe bit shërbimi, shpejtësia e informacionit do të varet nga struktura e kornizave të transmetuara. Kornizat e përdorura në këtë sistem të transmetimit të të dhënave janë formuar në bazë të protokolleve Ethernet dhe V.42 dhe kanë një gjatësi maksimale prej K=1518 bit, nga të cilët KS=64 janë bit shërbimi. Pastaj shpejtësia e transmetimit të informacionit do të varet nga raporti i biteve të informacionit dhe biteve të shërbimit

Kjo shpejtësi tejkalon shpejtësinë e përcaktuar në specifikimet teknike. Prandaj, mund të konkludojmë se metoda e zgjedhur e modulimit plotëson kërkesat e përcaktuara në specifikimet teknike.

Duke qenë se në këtë sistem transmetimi kryhet në dy intervale frekuencash njëkohësisht, kërkon organizimin e dy modulatorëve që funksionojnë paralelisht. Por duhet pasur parasysh se është e mundur që sistemi të kalojë nga diapazoni i frekuencave kryesore në ato rezervë. Prandaj, kërkohet gjenerimi dhe kontrolli i të katër frekuencave bartëse. Një sintetizues frekuencash i krijuar për të gjeneruar frekuenca bartëse përbëhet nga një gjenerator sinjali referues, ndarës dhe filtra me cilësi të lartë. Një gjenerator pulsi katror i kuarcit vepron si gjenerator i sinjalit referues (Fig. 5.10).

Figura 5.10 - Gjenerator me stabilizim kuarci

Për të vlerësuar gjendjen e sigurisë së informacionit; - menaxhimin e aksesit të pjesëmarrësve të takimit në ambiente; - organizimi i monitorimit të hyrjes në dhomën e caktuar dhe të mjedisit përreth gjatë takimit. 2. Mjetet kryesore për të siguruar mbrojtjen e informacionit akustik gjatë një takimi janë: - instalimi i gjeneratorëve të ndryshëm të zhurmës, monitorimi i dhomës...

Përdorimi i printimit teknologji kompjuterike? 10. Përshkruani veprat penale të parashikuara në Kapitullin 28 të Kodit Penal të Federatës Ruse “Krimet në terren informacion kompjuterik" SEKSIONI 2. LUFTIMI I KRIMVE NË FUSHËN E INFORMACIONIT KOMPJUTERIK KAPITULLI 5. KONTROLLI MBI KRIMINALITET NË FUSHËN E TEKNOLOGJISË SË LARTË 5.1 Kontrolli mbi krimin kompjuterik në Rusi Masat e kontrollit mbi...

LickSec > Komunikimi me radio

Tastiera me ndërrim fazor me katër pozicione (QPSK)

Dihet nga teoria e komunikimit se modulimi i fazës binare BPSK ka imunitetin më të lartë ndaj zhurmës. Sidoqoftë, në disa raste, duke zvogëluar imunitetin ndaj zhurmës së kanalit të komunikimit, është e mundur të rritet xhiroja e tij. Për më tepër, kur përdorni kodim rezistent ndaj zhurmës, mund të planifikoni më saktë zonën e mbuluar nga sistemi komunikimet celulare.

Modulimi i fazës me katër pozicione përdor katër vlera të fazës bartëse. Në këtë rast, faza y(t) e sinjalit të përshkruar nga shprehja (25) duhet të marrë katër vlera: 0°, 90°, 180° dhe 270°. Sidoqoftë, vlerat e tjera të fazës përdoren më shpesh: 45°, 135°, 225° dhe 315°. Ky lloj përfaqësimi i modulimit të fazës kuadratike është paraqitur në Figurën 1.

E njëjta figurë tregon vlerat e biteve të përcjella nga çdo gjendje fazore bartëse. Çdo gjendje transmeton dy pjesë të informacionit të dobishëm në të njëjtën kohë. Në këtë rast, përmbajtja e biteve zgjidhet në atë mënyrë që kalimi në një gjendje ngjitur të fazës bartëse për shkak të një gabimi të marrjes të çojë në jo më shumë se një gabim të vetëm bit.

Në mënyrë tipike, një modulator kuadraturë përdoret për të gjeneruar një sinjal modulimi QPSK. Për të zbatuar një modulator kuadraturë, do t'ju nevojiten dy shumëzues dhe një grumbullues. Inputet e shumëzuesit mund të furnizohen me rrjedha të biteve hyrëse direkt në kodin NRZ. Diagrami bllok i një modulatori të tillë është paraqitur në Figurën 2.

Meqenëse me këtë lloj modulimi dy bit të rrjedhës së biteve hyrëse transmetohen njëherësh gjatë një intervali simbolik, shpejtësia e simboleve të këtij lloji të modulimit është 2 bit për simbol. Kjo do të thotë që kur zbatohet një modulator, rryma hyrëse duhet të ndahet në dy komponentë - komponenti I në fazë dhe komponenti kuadratik Q. Blloqet pasuese duhet të sinkronizohen me shpejtësinë e simboleve.

Me këtë zbatim, spektri i sinjalit në dalje të modulatorit është i pakufizuar dhe forma e përafërt e tij është paraqitur në Figurën 3.

Figura 3. Spektri i një sinjali QPSK i moduluar nga një sinjal NRZ.

Natyrisht, ky sinjal mund të kufizohet në spektër duke përdorur një filtër brezkalimi të përfshirë në daljen e modulatorit, por kjo nuk bëhet kurrë. Filtri Nyquist është shumë më efikas. Diagrami bllok i një modulatori kuadratik të sinjalit QPSK, i ndërtuar duke përdorur një filtër Nyquist, është paraqitur në Figurën 4.

Figura 4. Bllok diagrami i një modulatori QPSK duke përdorur një filtër Nyquist

Filtri Nyquist mund të zbatohet vetëm duke përdorur teknologjinë dixhitale, kështu që në qarkun e paraqitur në Figurën 17, një konvertues dixhital në analog (DAC) sigurohet përpara modulatorit kuadratik. Një veçori e funksionimit të filtrit Nyquist është se në intervalet midis pikave të referencës nuk duhet të ketë sinjal në hyrjen e tij, prandaj në hyrjen e tij ekziston një formësues pulsi që nxjerr një sinjal në daljen e tij vetëm në kohën e pikave të referencës. Pjesën tjetër të kohës ka një sinjal zero në daljen e tij.

Një shembull i formës së sinjalit dixhital të transmetuar në daljen e filtrit Nyquist është paraqitur në Figurën 5.

Figura 5. Shembull Q diagrami i kohës së sinjalit për modulimin e fazës QPSK me katër pozicione

Meqenëse një filtër Nyquist përdoret në pajisjen transmetuese për të ngushtuar spektrin e sinjalit të radios, nuk ka shtrembërim ndërsimbolesh në sinjal vetëm në pikat e sinjalit. Kjo mund të shihet qartë nga diagrami i syrit të sinjalit Q i paraqitur në Figurën 6.

Përveç ngushtimit të spektrit të sinjalit, përdorimi i një filtri Nyquist çon në një ndryshim në amplituda e sinjalit të gjeneruar. Në intervalet midis pikave të referencës së sinjalit, amplituda mund të rritet në lidhje me vlerën nominale ose të ulet në pothuajse zero.

Për të gjurmuar ndryshimet si në amplituda e sinjalit QPSK ashtu edhe në fazën e tij, është më mirë të përdorni një diagram vektorial. Diagrami fazor i të njëjtit sinjal i paraqitur në figurat 5 dhe 6 është paraqitur në figurën 7.

Figura 7 Diagrami vektorial i sinjalit QPSK me a = 0.6

Ndryshimi i amplitudës së sinjalit QPSK është gjithashtu i dukshëm në oshilogramin e sinjalit QPSK në daljen e modulatorit. Seksioni më karakteristik i diagramit të kohës së sinjalit i paraqitur në figurat 6 dhe 7 është paraqitur në figurën 8. Në këtë figurë, duken qartë të dy uljet në amplitudë të bartësit të sinjalit të moduluar dhe një rritje në vlerën e tij në raport me nivelin nominal.

Figura 8. Diagrami i kohës së një sinjali QPSK me a = 0.6

Sinjalet në figurat 5 ... 8 janë paraqitur për rastin e përdorimit të një filtri Nyquist me një faktor rrumbullakimi a = 0.6. Kur përdorni një filtër Nyquist me një vlerë më të ulët të këtij koeficienti, ndikimi i lobeve anësore të përgjigjes së impulsit të filtrit Nyquist do të ketë një efekt më të fortë dhe katër rrugët e sinjalit të dukshme në figurat 6 dhe 7 do të bashkohen në një zonë të vazhdueshme. . Përveç kësaj, rritjet në amplituda e sinjalit do të rriten në lidhje me vlerën nominale.

Figura 9 – spektrogrami i një sinjali QPSK me a = 0.6

Prania e modulimit të amplitudës së sinjalit çon në faktin se në sistemet e komunikimit që përdorin këtë lloj modulimi, është e nevojshme të përdoret një përforcues shumë linear i fuqisë. Fatkeqësisht, përforcues të tillë të fuqisë kanë efikasitet të ulët.

Modulimi i frekuencës me një hapësirë ​​minimale të frekuencës MSK ju lejon të zvogëloni gjerësinë e brezit të zënë nga një sinjal radio dixhital në ajër. Sidoqoftë, edhe ky lloj modulimi nuk i plotëson të gjitha kërkesat për sistemet moderne të radios celulare. Në mënyrë tipike, sinjali MSK në transmetuesin e radios filtrohet me një filtër konvencional. Kjo është arsyeja pse një tjetër lloj modulimi është shfaqur me një spektër edhe më të ngushtë të frekuencave radio në ajër.