Понятие дифференциальной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK модуляции)

Добавлено 29 ноября 2018 в 04:36

В данном кратком техническом обзоре объясняется, что такое дифференциальная QPSK (DQPSK) модуляция, и почему она может быть более выигрышной по сравнению с обычной QPSK модуляцией.

Вспомогательная информация

Теоретически QPSK является отличной схемой радиочастотной связи. Она концептуально прямолинейна, на каждый символ она передает два бита вместо одного, и ее можно удобно реализовать с использованием методов I/Q модуляции.

Однако, как обычно, реальная жизнь не такая точная и аккуратная, как ее теоретическая версия. Конкретная проблема, о которой здесь идет речь, – это дополнительный сдвиг фазы, вызванный отсутствием фазовой или частотной синхронизации между аппаратным обеспечением передатчика и аппаратным обеспечением приемника.

QPSK передатчик имеет в своем составе гетеродин, который генерирует синусоиду, используемую в качестве сигнала несущей. Приемник имеет в своем составе гетеродин, который генерирует синусоиду, используемую для демодуляции входящего сигнала. В идеале эти два генератора имеют точно одинаковые фазу и частоту.

В действительности, конечно, будут расхождения. Частоты могут быть хорошо подобраны благодаря высокоточным генераторным устройствам, но синхронизация фазы не так проста. Смещение фазы или частоты между принимаемым сигналом и гетеродином приемника приведет к ошибке в фазе принятых сигналов, и эта ошибка может привести к тому, что приемник назначит конкретному символу неверный двухбитовый код.

Можно создать приемник, который будет извлекать фазу и частоту входящей несущей. Этот процесс известен как восстановление несущей, и его можно использовать для достижения когерентной (то есть синхронизированной по фазе и частоте) демодуляции. Проблема в том, что когерентные приемники сложнее и дороже. Многие системы выиграли бы от схемы модуляции, которая позволит избежать ошибки, связанной со смещением фазы или частоты, но не потребует дополнительных затрат и сложности восстановления несущей.

Именно здесь вступает в действие дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция (DQPSK модуляция).

В QPSK информация передается абсолютной фазой каждого символа. DQPSK, напротив, передает информацию, устанавливая определенную фазу одного символа относительно предыдущего символа. Следующая диаграмма иллюстрирует это различие:

Пояснение принципа действия DQPSK модуляции
Пояснение принципа действия DQPSK модуляции

Относительная фаза – это просто фаза текущего символа минус фаза предыдущего символа. Если мы используем стандартные четыре значения фазы QPSK (45°, 135°, 225° и 315°), варианты фазы DQPSK становятся следующими: 0°, 90°, –90° и 180° (или, что эквивалентно, –180°).

При использовании относительной фазы, вместо абсолютной, на DQPSK не влияет фиксированное смещение фазы, возникающее из-за отсутствия фазовой синхронизации между передатчиком и приемником; фиксированное смещение фазы одинаково влияет на оба символа и исключается в процессе вычитания. DQPSK также устойчива к несоответствиям частот передатчика и приемника.

Несмотря на то, что смещение частоты вводит изменяющуюся во времени фазу, пока эта ошибка изменяется медленно относительно скорости передачи символов, дифференциальная фаза от одного символа к следующему будет оставаться достаточно точной для надежной передачи данных.

По сравнению с восстановлением несущей, этот процесс детектирования разности фаз не требует существенного увеличения сложности приемника; это особенно актуально, если преобразование из аналогового сигнала основной полосы в цифровые данные выполняется программно.

Однако одним из недостатков, которые следует иметь в виду, является влияние шума: теоретически, согласованная (когерентная) система QPSK с идеальным опорным сигналом будет иметь более низкую частоту битовых ошибок, тогда как в DQPSK один зашумленный символ сравнивается с другим зашумленным символом.


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке