czasami jest to znane jako quadriphase PSK, 4-PSK lub 4-QAM. (Chociaż podstawowe pojęcia QPSK i 4-QAM są różne, powstałe modulowane fale radiowe są dokładnie takie same.) QPSK używa czterech punktów na diagramie konstelacji, równomiernie rozmieszczonych wokół okręgu. W przypadku czterech faz, QPSK może kodować dwa bity na symbol, pokazane na diagramie z kodowaniem szarym, aby zminimalizować bit error rate (BER) – czasami błędnie odbierane jako dwa razy BER BPSK.
Analiza matematyczna pokazuje, że QPSK może być użyty albo do podwojenia szybkości transmisji danych w porównaniu z systemem BPSK przy zachowaniu tej samej przepustowości sygnału, albo do utrzymania szybkości transmisji danych BPSK, ale zmniejszenia o połowę wymaganej przepustowości. W tym ostatnim przypadku BER QPSK jest dokładnie taki sam jak BER BPSK – a wiara w odmienność jest powszechnym nieporozumieniem podczas rozważania lub opisywania QPSK. Przenoszony nośnik może ulegać licznym zmianom fazowym.
biorąc pod uwagę, że kanały łączności radiowej są przydzielane przez agencje, takie jak Federalna Komisja Łączności, dająca zalecaną (maksymalną) przepustowość, przewaga QPSK nad BPSK staje się oczywista: QPSK przesyła dwukrotnie większą szybkość transmisji danych w danej przepustowości w porównaniu z BPSK – w tym samym BER. Kara inżynieryjna, która jest płacona, polega na tym, że nadajniki i odbiorniki QPSK są bardziej skomplikowane niż te dla BPSK. Jednak przy nowoczesnej technologii elektronicznej kara w kosztach jest bardzo umiarkowana.
podobnie jak w przypadku BPSK, na końcu odbiorczym występują problemy z wieloznacznością fazową, a w praktyce często stosuje się kodowane różnie QPSK.
Implementacjaedit
implementacja QPSK jest bardziej ogólna niż BPSK, a także wskazuje na implementację wyższego rzędu PSK. Zapis symboli na diagramie konstelacji w kategoriach fal sinusoidalnych i cosinus używanych do ich transmisji:
S N ( T ) = 2 E S T S cos ( 2 π F C T + ( 2 N − 1 ) π 4 ) , N = 1 , 2 , 3 , 4. {\displaystyle s_{n} (t)={\sqrt {\frac {2E_{s}}{T_{s}}}\cos \left(2\pi f_{c} T+(2n-1){\frac {\pi} {4}}\right),\quad n=1,2,3,4.}
daje to cztery fazy π/4, 3π/4, 5π/4 i 7π / 4 w razie potrzeby.
daje to dwuwymiarową przestrzeń sygnałową z funkcjami bazującymi na jednostkach
ϕ 1 ( T ) = 2 t s cos ( 2 π F c T ) ϕ 2 ( t ) = 2 t sin ( 2 π F c t ) {\displaystyle {\begin{aligned}\phi _{1}(T)&={\sqrt {\frac {2}{t_{s}}}\cos \left(2\pi F_{c} t\right)\\\PHI _{2} (t)&={\sqrt {\frac {2} {T_{s}}}\sin \left(2\pi f_{c} t\right)\end{aligned}}}
pierwsza funkcja bazowa jest używana jako składnik fazowy sygnału, a druga jako składnik kwadratury sygnału.
stąd konstelacja sygnału składa się z przestrzeni sygnałowej 4 punktów
(±E s 2 ± E S 2 ) . {\displaystyle {\begin {pmatrix} \pm {\sqrt {\frac{E_{s}} {2}}}&\pm {\sqrt {\frac{E_{s}} {2}}} \ end {pmatrix}}.}
współczynniki 1/2 wskazują, że całkowita moc jest dzielona równo między oba nośniki.
porównanie tych funkcji bazowych z tymi dla BPSK pokazuje wyraźnie, jak QPSK można postrzegać jako dwa niezależne sygnały BPSK. Zauważ, że punkty przestrzeni sygnałowej dla BPSK nie muszą rozdzielać energii symbolu (bitu) na dwa nośniki w schemacie pokazanym na diagramie konstelacji BPSK.
systemy QPSK mogą być implementowane na wiele sposobów. Poniżej przedstawiono ilustrację głównych elementów struktury nadajnika i odbiornika.
prawdopodobieństwo wystąpienia errorEdit
chociaż QPSK może być postrzegany jako modulacja czwartorzędu, łatwiej jest zobaczyć go jako dwa niezależnie modulowane nośniki kwadratury. W tej interpretacji, parzyste (lub nieparzyste) bity są używane do modulowania składowej fazowej nośnika, podczas gdy nieparzyste (lub parzyste) bity są używane do modulowania składowej fazowej kwadratury nośnika. BPSK jest stosowany na obu nośnikach i może być niezależnie demodulowany.
w rezultacie prawdopodobieństwo błędu bitowego dla QPSK jest takie samo jak dla BPSK:
P b = Q ( 2 E B N 0 ) {\displaystyle P_{b}=Q\left({\sqrt {\frac {2e_{B}}{n_{0}}}\right)}
, w celu uzyskania takiego samego prawdopodobieństwa błędu bitowego jak BPSK, QPSK używa dwukrotnie większej mocy (ponieważ dwa bity są przesyłane jednocześnie).
współczynnik błędu symbolu jest podany przez:
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}}}
Jeśli stosunek sygnału do szumu jest wysoki (co jest konieczne dla praktycznych systemów QPSK), prawdopodobieństwo błędu symbolu może być przybliżone:
p s ≈ 2 Q ( E S N 0 ) = erfc ( E s 2 N 0 ) = erfc ( e b n 0 ) {\displaystyle P_{s}\approx 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)}
modulowany sygnał jest pokazany poniżej dla krótkiego odcinka losowego binarny strumień danych. Dwie fale nośne są falą cosinusową i falą sinusową, na co wskazuje powyższa analiza przestrzeni sygnałowej. Tutaj, nieparzyste bity zostały przypisane do komponentu w fazie, a parzyste bity do komponentu kwadratury (biorąc pierwszy bit jako liczbę 1). Całkowity sygnał-suma obu składników-jest pokazany na dole. Skoki w fazie mogą być postrzegane jako PSK zmienia fazę na każdym komponencie na początku każdego okresu bitowego. Sam najwyższy przebieg odpowiada opisowi podanemu dla BPSK powyżej.
dane binarne przekazywane przez ten przebieg to: 11000110.
- bity nieparzyste, wyróżnione tutaj, przyczyniają się do komponentu w fazie: 11000110
- bity parzyste, wyróżnione tutaj, przyczyniają się do komponentu kwadratury fazy: 11000110
Wariantyedit
przesunięcie QPSK (OQPSK)Edycja
przesunięcie kwadratury kluczowania przesunięcia fazowego (OQPSK) jest odmianą modulacji kluczowania przesunięcia fazowego wykorzystującą cztery różne wartości fazy do transmisji. Czasami nazywa się to przesunięciem fazowym kwadraturowym (sqpsk).
biorąc cztery wartości fazy (dwa bity) na raz, aby skonstruować symbol QPSK, można pozwolić na fazę sygnału, aby przeskoczyć o tyle jak 180° na raz. Gdy sygnał jest filtrowany dolnoprzepustowo (jak to jest typowe w nadajniku), te przesunięcia fazowe powodują duże wahania amplitudy, niepożądaną jakość w systemach komunikacyjnych. Kompensując czas nieparzystych i parzystych bitów o jeden bit-period lub pół symbolu-period, komponenty w fazie i kwadratury nigdy nie zmienią się w tym samym czasie. Na diagramie konstelacji pokazanym po prawej widać, że spowoduje to ograniczenie przesunięcia fazowego do nie więcej niż 90° na raz. Daje to znacznie niższe wahania amplitudy niż niewspółosiowe QPSK i jest czasami preferowane w praktyce.
obraz po prawej stronie pokazuje różnicę w zachowaniu fazy między zwykłym QPSK i OQPSK. Widać, że na pierwszym wykresie faza może się zmieniać o 180° na raz, podczas gdy w OQPSK zmiany nie są nigdy większe niż 90°.
modulowany sygnał jest pokazany poniżej dla krótkiego segmentu losowego strumienia danych binarnych. Zwróć uwagę na przesunięcie połowy symbolu-okresu między dwoma falami składowymi. Nagłe przesunięcia fazowe występują około dwa razy częściej niż w przypadku QPSK (ponieważ sygnały Nie zmieniają się już razem), ale są mniej dotkliwe. Innymi słowy, wielkość skoków jest mniejsza w OQPSK w porównaniu do QPSK.
SOQPSKEdit
bez licencji shaped-offset QPSK (SOQPSK) jest kompatybilny z opatentowanym przez Fehera QPSK (FQPSK), w tym sensie, że detektor QPSK z przesunięciem integracji i zrzutu wytwarza to samo wyjście bez względu na rodzaj używanego nadajnika.
te modulacje starannie kształtują przebiegi I I Q tak, że zmieniają się bardzo płynnie, a sygnał pozostaje stałą amplitudą nawet podczas przejścia sygnału. (Zamiast podróżować natychmiast od jednego symbolu do drugiego, a nawet liniowo, porusza się płynnie wokół okręgu o stałej amplitudzie od jednego symbolu do drugiego.) Modulacja SOQPSK może być reprezentowana jako hybryda QPSK i MSK: SOQPSK ma taką samą konstelację sygnału jak QPSK, jednak Faza SOQPSK jest zawsze stacjonarna.
standardowy opis SOQPSK-TG obejmuje symbole trójdzielne. SOQPSK jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych schematów modulacji w zastosowaniu do łączności satelitarnej LEO.
π/4-QPSKEdit
ten wariant QPSK używa dwóch identycznych konstelacji, które są obrócone o 45° ( π /4 {\displaystyle \pi/4}
radiany, stąd nazwa) względem siebie. Zazwyczaj symbole parzyste lub nieparzyste są używane do wybierania punktów z jednej z konstelacji, a pozostałe symbole wybierają punkty z drugiej konstelacji. Zmniejsza to również przesunięcia fazowe z maksimum 180°, ale tylko do maksimum 135°, a więc wahania amplitudy π / 4 {\displaystyle \ pi / 4}
-QPSK znajdują się pomiędzy OQPSK a niewspółosiowym QPSK.
jedną z właściwości tego schematu modulacji jest to, że jeśli modulowany sygnał jest reprezentowany w domenie złożonej, przejścia między symbolami nigdy nie przechodzą przez 0. Innymi słowy, sygnał nie przechodzi przez pochodzenie. Obniża to dynamiczny zakres fluktuacji sygnału, co jest pożądane podczas inżynierii sygnałów komunikacyjnych.
z drugiej strony π /4 {\displaystyle \pi/4}
– QPSK nadaje się do łatwej demodulacji i został przyjęty do użytku na przykład w systemach telefonii komórkowej TDMA.
modulowany sygnał jest pokazany poniżej dla krótkiego segmentu losowego strumienia danych binarnych. Konstrukcja jest taka sama jak powyżej dla zwykłego QPSK. Kolejne symbole są pobierane z dwóch konstelacji pokazanych na diagramie. Tak więc pierwszy symbol (1 1) jest pobierany z konstelacji „niebieskiej”, a drugi symbol (0 0) jest pobierany z konstelacji „zielonej”. Zauważ, że magnitudy dwóch fal składowych zmieniają się podczas przełączania między konstelacjami, ale całkowita wielkość sygnału pozostaje stała (stała Obwiednia). Przesunięcia fazowe są pomiędzy tymi z dwóch poprzednich diagramów czasowych.
Dpqpskedit
Dual-polarization quadrature phase shift keying (Dpqpsk) lub dual-polarization QPSK – polega na multipleksowaniu polaryzacji dwóch różnych sygnałów QPSK, poprawiając w ten sposób wydajność widmową o współczynnik 2. Jest to opłacalna alternatywa dla wykorzystania 16-PSK, zamiast QPSK, aby podwoić wydajność widmową.