Phase-shift billentyűzettel

Konstellációs diagram QPSK szürke kódolással. Minden szomszédos szimbólum csak egy bittel különbözik.

néha ezt nevezik négyfázisú PSK, 4-PSK vagy 4-QAM. (Bár a QPSK és a 4-QAM alapfogalmai eltérőek, a kapott Modulált rádióhullámok pontosan ugyanazok.) A QPSK négy pontot használ a csillagkép diagramján, körkörösen. Négy fázissal a QPSK szimbólumonként két bitet kódolhat, az ábrán szürke kódolással látható, hogy minimalizálja a bithibarányt (BER) – néha tévesen a BPSK BER kétszeresének tekintik.

a matematikai elemzés azt mutatja, hogy a QPSK felhasználható az adatsebesség megduplázására egy BPSK rendszerhez képest, miközben fenntartja a jel azonos sávszélességét, vagy a BPSK adatsebességének fenntartására, de a szükséges sávszélesség felére csökkentésére. Ez utóbbi esetben a QPSK BER pontosan megegyezik a BPSK BER – jével-és az eltérő hit gyakori zavar a QPSK mérlegelésekor vagy leírásakor. Az átvitt hordozó számos fázisváltozáson megy keresztül.

tekintettel arra, hogy a rádiókommunikációs csatornákat olyan ügynökségek osztják ki, mint a Szövetségi Kommunikációs Bizottság előírt (maximális) sávszélességet adva, nyilvánvalóvá válik a QPSK előnye a BPSK – val szemben: a QPSK kétszer annyi adatátviteli sebességet továbbít egy adott sávszélességben a BPSK-hoz képest-ugyanabban a BER-ben. A fizetendő mérnöki büntetés az, hogy a QPSK adók és vevőkészülékek bonyolultabbak, mint a BPSK esetében. A modern elektronikai technológiával azonban a költségbüntetés nagyon mérsékelt.

a BPSK-hoz hasonlóan a fogadó végén is vannak fázis kétértelműségi problémák, és a gyakorlatban gyakran használják a differenciáltan kódolt QPSK-t.

ImplementationEdit

a QPSK megvalósítása általánosabb, mint a BPSKÉ, és a magasabb rendű PSK megvalósítását is jelzi. A konstellációs diagramban szereplő szimbólumok írása a szinusz-és koszinuszhullámok továbbítására:

S N ( t ) = 2 E S T S cos ( 2 ) F C t + (2 N − 1) 4), n = 1 , 2 , 3 , 4. {\displaystyle s_{n} (t)={\sqrt {\frac {2e_{s}}{T_{s}}}}\cos \balra(2\pi f_{C}t+(2n-1){\frac {\pi }{4}}\jobbra),\quad n=1,2,3,4.}

$s_{n} (t)={\sqrt {\frac {2e_{s}}{T_{s}}}}\cos \balra(2\pi f_{C}t+(2n-1) {\frac {\pi }{4}}\jobbra),\quad n = 1,2,3,4.$

Ez a négy fázist adja meg, ha szükséges, a (4), (3) A (4), (5) a (4) és (7) a (4) bekezdést.

az eredmény egy két-dimenziós jel tér egység alapján funkciók

ϕ 1 ( t ) = 2 T s mert ⁡ ( 2 π f c t ) ϕ 2 ( t ) = 2 T s a bűn ⁡ ( 2 π f c t ) {\displaystyle {\begin{igazítva}\phi _{1}(t)&={\sqrt {\frac {2}{T_{s}}}}\cos \left(2\pi f_{c}t\right)\\\phi _{2}(t)&={\sqrt {\frac {2}{T_{s}}}}\bűn \left(2\pi f_{c}t\right)\end{igazítva}}}

${\begin{igazítva}\phi _{1}(t)={\sqrt {\frac {2}{T_{s}}}}\cos \left(2\pi f_{c}t\right)\\\phi _{2}(t)={\sqrt {\frac {2}{T_{s}}}}\a bűn \left(2\pi f_{C}t \ right) \ end{aligned}}$

az első bázisfüggvényt a jel fázison belüli komponenseként, a másodikat pedig a jel kvadratúra komponenseként használjuk.

ezért a jel konstellációja a jeltérből áll 4 pont

(++E S 2 ) . {\displaystyle {\begin{pmatrix} \ pm {\sqrt {\frac {e_{s}}{2}}}&\pm {\sqrt {\frac {e_{s}}{2}}}\end{pmatrix}}.}

${\begin{pmatrix}\pm {\sqrt {\frac {e_{s}}{2}}}\pm {\sqrt {\frac {e_{s}}{2}}}\end{pmatrix}}.$

az 1/2 tényezők azt jelzik, hogy a teljes teljesítmény egyenlően oszlik meg a két hordozó között.

ezeknek az alapfüggvényeknek A összehasonlítása a BPSK-val világosan megmutatja, hogy a QPSK hogyan tekinthető két független BPSK-jelnek. Vegye figyelembe, hogy a BPSK jel-tér pontjainak nem kell felosztaniuk a szimbólum (bit) energiát a két hordozó felett a BPSK konstellációs diagramban bemutatott sémában.

a QPSK rendszerek számos módon megvalósíthatók. Az alábbiakban bemutatjuk az adó-és vevőszerkezet főbb összetevőit.

fogalmi adószerkezet a QPSK számára. A bináris adatfolyam fázison belüli és kvadratúra fázisú komponensekre oszlik. Ezeket ezután külön modulálják két ortogonális alapfüggvényre. Ebben a megvalósításban két szinuszoidot használnak. Ezt követően a két jel egymásra helyezkedik, a kapott jel pedig a QPSK jel. Vegye figyelembe a polar non-return-to-zero kódolás használatát. Ezeket a kódolókat a bináris adatforrás előtt lehet elhelyezni, de a digitális modulációval járó digitális és analóg jelek fogalmi különbségének szemléltetésére kerültek elhelyezésre.

a QPSK Vevőszerkezete. Az illesztett szűrők helyettesíthetők korrelátorokkal. Minden érzékelő eszköz referencia küszöbértéket használ annak meghatározására, hogy 1 vagy 0 észlelhető-e.

a hiba valószínűsége

bár a QPSK kvaterner modulációnak tekinthető, könnyebb két egymástól függetlenül Modulált kvadratúra hordozónak tekinteni. Ezzel az értelmezéssel a páros (vagy páratlan) biteket használják a hordozó fázison belüli komponensének modulálására, míg a Páratlan (vagy páros) biteket a hordozó kvadratúra fázisú komponensének modulálására használják. A BPSK-t mindkét hordozón használják, és önállóan demodulálhatók.

ennek eredményeként a QPSK bithibájának valószínűsége megegyezik a BPSK-val:

P b = Q ( 2 E b N 0 ) {\displaystyle P_{B}=Q\left({\sqrt {\frac {2e_{B}}{N_{0}}}\right)}

$P_b = Q\left(\sqrt{\frac{2e_b} {N_0}}\right)$

, annak érdekében, hogy ugyanazt a bit-hiba valószínűséget érje el, mint a BPSK, a QPSK kétszer annyi energiát használ (mivel két bitet egyidejűleg továbbítanak).

a szimbólum hibaaránya a következő:

P s = 1 − ( 1 − P b ) 2 = 2 Q ( E S N 0 ) − 2 . {\displaystyle {\begin{aligned}P_{s}&=1 – \ left (1-p_{B}\right)^{2}\\&=2Q\left ({\sqrt {\frac {e_{s}}{n_{0}}}}\right) – \left^{2}.\end{aligned}}}

${\begin{aligned}P_{s}=1-\left(1-p_{B}\right)^{2}\\=2Q\left({\sqrt {\frac {e_{s}}{n_{0}}}}\right)-\left^{2}.\end{aligned}}$

Ha a jel-zaj arány magas (amint az a gyakorlati QPSK rendszereknél szükséges), a szimbólumhiba valószínűsége közelíthető:

p s 2 Q ( E s N 0 ) = ERFC ( e s 2 n 0 ) = ERFC ( e b n 0 ) {\displaystyle P_{s}\kb 2Q\bal({\sqrt {\frac {e_{s}}{N_{0}}}}\right)=\operatorname {erfc} \left({\sqrt {\frac {e_{s}}} {2n_{0}}}}\right)=\operatorname {ERFC} \left({\sqrt {\frac {E_{s}}} {2n_{0}}}}\right)=\operatorname {ERFC}\left ({\sqrt{\frac {e_ {B}} {n_{0}}}} \right)}

$p_ {s}\kb 2Q \left({\sqrt {\frac {e_{s}} {n_{0}}}}\right)=\operatorname {ERFC} \left({\sqrt {\FRAC {e_{s}}}} {2n_{0}}}}\right) = \ operatorname {ERFC} \ left ({\sqrt {\Frac {e_ {B}} {n_ {0}}}} \ right)$

a modulált jel az alábbiakban látható egy véletlen bináris adatfolyam. A két vivőhullám egy koszinusz és egy szinuszhullám, amint azt a fenti jel-tér elemzés is jelzi. Itt a páratlan biteket a fázison belüli komponenshez, a páros biteket pedig a kvadratúra komponenshez rendelték (az első bitet 1-es számként véve). A teljes jel – a két komponens összege – alul látható. A fázis ugrásai úgy tekinthetők, hogy a PSK megváltoztatja az egyes komponensek fázisát az egyes bitperiódusok kezdetén. A legfelső hullámforma önmagában megegyezik a BPSK fenti leírásával.

a QPSK időzítési diagramja. A bináris adatfolyam az idő tengely alatt látható. A két jelkomponens bitkiosztásukkal felül, a teljes kombinált jel pedig alul látható. Vegye figyelembe a fázis hirtelen változásait a bitperiódus egyes határainál.

a hullámforma által közvetített bináris adatok: 11000110.

az itt kiemelt páratlan bitek hozzájárulnak a fázison belüli komponenshez: 11000110
az itt kiemelt páros bitek hozzájárulnak a kvadratúra-fázis komponenshez: 11000110

VariantsEdit

Offset QPSK (OQPSK)Szerkesztés

a jel nem halad át az eredeten, mert a szimbólumnak egyszerre csak egy bitje változik.

Offset quadrature phase-shift keying (OQPSK) egy változata phase-shift keying moduláció segítségével négy különböző értékek a fázis továbbítására. Ezt néha lépcsőzetes kvadratúra fáziseltolásos kulcsozásnak (SQPSK) nevezik.

a fázis különbsége a QPSK és az OQPSK között

Ha a fázis négy értékét (két bitet) vesszük egyszerre egy QPSK szimbólum létrehozásához, akkor a jel fázisa a QPSK szimbólumként ugorhat több mint 180 ezer dollár egy időben. Ha a jel aluláteresztő szűrésű (amint az egy adónál jellemző), ezek a fáziseltolódások nagy amplitúdó-ingadozásokat eredményeznek, ami nemkívánatos minőség a kommunikációs rendszerekben. A páratlan és páros bitek időzítésének egy bitperiódussal vagy egy szimbólumperiódus felével történő ellentételezésével az in-fázis és a kvadratúra komponensek soha nem változnak egyszerre. A jobb oldalon látható konstellációs diagramban látható, hogy ez a fáziseltolódást egyszerre legfeljebb 90 bitcoinra korlátozza. Ez sokkal alacsonyabb amplitúdó-ingadozást eredményez, mint a nem eltolt QPSK, és néha a gyakorlatban is előnyös.

A jobb oldali kép a normál QPSK és az OQPSK közötti fázis viselkedésének különbségét mutatja. Látható, hogy az első telken a fázis egyszerre 180 ezer fővel változhat, míg az OQPSK-ban a változások soha nem haladják meg a 90 ezer milliárdot.

a modulált jelet az alábbiakban mutatjuk be egy véletlenszerű bináris adatfolyam rövid szegmensére. Vegye figyelembe a fél szimbólum-periódus eltolást a két komponens hullám között. A hirtelen fáziseltolódások körülbelül kétszer olyan gyakran fordulnak elő, mint a QPSK esetében (mivel a jelek már nem változnak együtt), de kevésbé súlyosak. Más szavakkal, az ugrások nagysága kisebb az OQPSK-ban a QPSK-hoz képest.

az offset-QPSK időzítési diagramja. A bináris adatfolyam az idő tengely alatt látható. A két jelkomponens bitkiosztásukkal felül, alul pedig a teljes, kombinált jel látható. Vegye figyelembe a két jelkomponens közötti félperiódus-eltolást.

SOQPSKEdit

a licenc nélküli shaped-offset QPSK (SOQPSK) interoperábilis a Feher által szabadalmaztatott QPSK (FQPSK), abban az értelemben, hogy egy integrate-and-dump offset QPSK detektor ugyanazt a kimenetet produkálja, függetlenül attól, hogy milyen adót használnak.

ezek a modulációk gondosan alakítják az I és Q hullámformákat úgy, hogy nagyon simán megváltozzanak, és a jel Állandó amplitúdójú marad még a jelátmenetek során is. (Ahelyett, hogy azonnal utazna egyik szimbólumról a másikra, vagy akár lineárisan, simán halad az állandó amplitúdó kör körül az egyik szimbólumról a másikra.) A SOQPSK moduláció a QPSK és az MSK hibridjeként ábrázolható: a SOQPSK jelkép ugyanaz, mint a QPSK, azonban a SOQPSK fázisa mindig stacionárius.

a SOQPSK-TG standard leírása hármas szimbólumokat tartalmaz. A SOQPSK az egyik legelterjedtebb modulációs séma a LEO műholdas kommunikációban.

++ /4-QPSKEdit

kettős konstellációs diagram A (Z) 4-QPSK esetében. Ez azt mutatja, hogy a két különálló csillagkép azonos szürke kódolással van ellátva, de egymáshoz képest 45-tel elforgatva.

a QPSK ezen változata két azonos konstellációt használ, amelyeket 45-tel elforgatnak ( a névből következően a névből következően a névből adódóan). Általában a páros vagy páratlan szimbólumokat használják az egyik csillagkép pontjainak kiválasztására, a többi szimbólum pedig a másik csillagkép pontjait választja ki. Ez csökkenti a fáziseltolódásokat is maximum 180, de csak maximum 135 bitcoinról, így az amplitúdó ingadozások A (Z) \4 {\displaystyle\pi / 4}

$\ pi /4$

-QPSK között az OQPSK és a nem eltolt QPSK között vannak.

ennek a modulációs sémának az egyik tulajdonsága, hogy ha a modulált jelet a komplex tartományban ábrázolják, akkor a szimbólumok közötti átmenetek soha nem haladnak át a 0-n. Más szavakkal, a jel nem halad át az eredeten. Ez csökkenti a jel dinamikai ingadozási tartományát, amely kívánatos a kommunikációs jelek tervezésekor.

ezzel szemben a (Z) \\displaystyle\pi / 4}

$\ pi/4$

-QPSK könnyű demodulációra alkalmas, és például a TDMA mobiltelefon-rendszerekben való használatra is alkalmas.

a modulált jelet az alábbiakban mutatjuk be egy véletlenszerű bináris adatfolyam rövid szegmensére. A konstrukció ugyanaz, mint a szokásos QPSK esetében. Az egymást követő szimbólumok az ábrán látható két csillagképből származnak. Így az első szimbólum (1 1) A “kék” csillagképből, a második szimbólum (0 0) pedig a “zöld” csillagképből származik. Vegye figyelembe, hogy a két komponens hullám nagysága a csillagképek közötti váltáskor változik, de a teljes jel nagysága állandó marad (állandó boríték). A fáziseltolódások a két korábbi időzítési diagram között vannak.

időzítési diagram A (Z)/4-QPSK számára. A bináris adatfolyam az idő tengely alatt látható. A két jelkomponens bitkiosztásukkal felül, alul pedig a teljes, kombinált jel látható. Vegye figyelembe, hogy az egymást követő szimbólumokat felváltva veszik a két csillagképből, kezdve a “kék” szimbólummal.

Dpqpskedit

kettős polarizációs kvadratúra fáziseltolásos kulcsozás (DPQPSK) vagy kettős polarizációs QPSK-két különböző QPSK jel polarizációs multiplexelését foglalja magában, ezáltal 2-szeresére javítva a spektrális hatékonyságot. Ez költséghatékony alternatíva a 16-PSK használatára, a QPSK helyett a spektrális hatékonyság megduplázására.

Maybaygiare.org