às vezes isto é conhecido como quadriphase PSK, 4-PSK, ou 4-QAM. (Embora os conceitos básicos de QPSK e 4-QAM sejam diferentes, as ondas de rádio moduladas resultantes são exatamente os mesmos.) QPSK usa quatro pontos no diagrama da constelação, equispatizado em torno de um círculo. Com quatro fases, QPSK pode codificar dois bits por símbolo, mostrado no diagrama com codificação cinza para minimizar a taxa de erro de bits (BER) – às vezes mal interpretado como duas vezes o BER de BPSK.
A análise matemática mostra que QPSK pode ser usado para duplicar a taxa de dados em comparação com um sistema BPSK, mantendo a mesma largura de banda do sinal, ou para manter a taxa de dados de BPSK, mas reduzir para metade a largura de banda necessária. Neste último caso, o BER de QPSK é exatamente o mesmo que o BER de BPSK – e acreditar de forma diferente é uma confusão comum ao considerar ou descrever QPSK. O transportador transmitido pode passar por um número de mudanças de fase.dado que os canais de comunicação por rádio são atribuídos por agências como a Federal Communications Commission, que fornece uma largura de banda (máxima) prescrita, a vantagem da QPSK sobre a BPSK torna – se evidente: a QPSK transmite o dobro da taxa de dados numa dada largura de banda em comparação com a BPSK-ao mesmo BER. A penalidade de engenharia que é paga é que os transmissores e receptores QPSK são mais complicados do que os da BPSK. No entanto, com a tecnologia electrónica moderna, a penalidade no custo é muito moderada.
Como com BPSK, existem problemas de ambiguidade de fase na extremidade receptora, e QPSK codificado diferentemente é frequentemente usado na prática.
ImplementationEdit
a implementação do QPSK é mais geral do que a do BPSK e também indica a implementação do PSK de ordem superior. Writing the symbols in the constellation diagram in terms of the sine and cossine waves used to transmit them:
s N ( t ) = 2 E S T s cos 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.}
isto produz as quatro fases π/4, 3π/4, 5π/4 e 7π / 4, conforme necessário.
Isto resulta em duas dimensões espaço de sinal com a unidade de funções de base
ϕ 1 ( t ) = 2 T s cos ( 2π f c t ) ϕ 2 ( t ) = 2 T s o pecado ( 2π f c t ) {\displaystyle {\begin{alinhado}\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{alinhado}}}
a primeira função de base é usada como componente em fase do sinal e a segunda como componente de quadratura do sinal.
portanto, a constelação de sinais consiste no espaço de Sinais 4 pontos
( ± E S 2 ± e s 2 ) . {\displaystyle {\begin{pmatrix}\pm {\sqrt {\frac {E_{s}}{2}}}&\pm {\sqrt {\frac {E_{s}}{2}}}\end{pmatrix}}.}
os factores de 1/2 indicam que a potência total é dividida igualmente entre os dois portadores.
comparando estas funções de base com as do BPSK mostra claramente como o QPSK pode ser visto como dois sinais independentes do BPSK. Note que os pontos de espaço-sinal para BPSK não precisam dividir a energia do símbolo (bit) sobre os dois portadores no esquema mostrado no diagrama da constelação BPSK.os sistemas QPSK podem ser implementados de várias maneiras. Uma ilustração dos principais componentes da estrutura do transmissor e receptor são mostrados abaixo.
probabilidade de errodit
embora QPSK possa ser visto como uma modulação quaternária, é mais fácil vê-lo como dois portadores de quadratura independentemente modulados. Com esta interpretação, os bits pares (ou ímpares) são usados para modular o componente em fase da portadora, enquanto os bits ímpares (ou mesmo) são usados para modular o componente de fase quadratura da portadora. A BPSK é utilizada em ambos os porta-aviões e pode ser desmodulada de forma independente.
como resultado, a probabilidade de erro de bits para QPSK é a mesma que para BPSK:
P b = Q ( 2 E b N 0 ) {\displaystyle P_{b}=Q\left({\sqrt {\frac {2E_{b}}{N_{0}}}}\right)}
no Entanto, a fim de alcançar o mesmo bit-probabilidade de erro como BPSK, QPSK usa duas vezes a potência (pois os dois bits são transmitidos simultaneamente).
a taxa de erro do símbolo é dada por:
p s = 1 − ( 1 − P b ) 2 = 2 Q ( E S n 0 ) − 2 . {\displaystyle {\begin{alinhado}P_{s}&=1-\left(1-P_{b}\right)^{2}\\&=2T\left({\sqrt {\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right)-\left^{2}.\end{alinhado}}}
Se a razão sinal-ruído for elevada (como é necessário para sistemas práticos de QPSK) a probabilidade de erro de Símbolo pode ser aproximada:
P s ≈ 2 Q ( E s N 0 ) = simples ( E s 2 N 0 ) = simples ( E b N 0 ) {\displaystyle P_{s}\approx 2T\left({\sqrt {\frac {E_{s}}{N_{0}}}}\right)=\operatorname {simples} \left({\sqrt {\frac {E_{s}}{2N_{0}}}}\right)=\operatorname {simples} \left({\sqrt {\frac {E_{b}}{N_{0}}}}\right)}
O sinal modulado é mostrado abaixo para um segmento curto de um aleatórios transmissão de dados binários. As duas ondas portadoras são uma onda Cosina e uma onda seno, como indicado pela análise sinal-espaço acima. Aqui, os bits ímpares foram atribuídos ao componente em fase e os bits pares ao componente de quadratura (tomando o primeiro bit como número 1). O sinal total – a soma dos dois componentes – é mostrado na parte inferior. Saltos em fase pode ser visto como o PSK muda a fase em cada componente no início de cada bit-period. A forma de onda mais alta corresponde à descrição dada para BPSK acima.
os dados binários que são transmitidos por esta forma de onda são: 11000110.
- Os bits ímpares, realçados aqui, contribuem para o componente em fase: 11000110
- O mesmo bits, destacadas aqui, contribuir para a quadratura de fase da componente: 11000110
VariantsEdit
Offset QPSK (OQPSK)Editar
offset quadrature-shift keying (OQPSK) é uma variante da modulação de transição de fase usando quatro valores diferentes da fase para transmitir. É algumas vezes chamado de Quádruplo quadratura Fase-shift keying (SQPSK).
a Tomar quatro valores de fase (dois bits) ao mesmo tempo para construir um QPSK símbolo pode permitir a fase do sinal para saltar até um máximo de 180° de cada vez. Quando o sinal é filtrado de baixa passagem (como é típico em um transmissor), essas mudanças de fase resultam em grandes flutuações de amplitude, uma qualidade indesejável em sistemas de comunicação. Ao compensar o tempo dos bits ímpares e pares por um bit-period, ou meio símbolo-period, os componentes in-phase e quadratura nunca mudarão ao mesmo tempo. No diagrama da constelação mostrado à direita, pode-se ver que isso irá limitar o deslocamento de fase a não mais de 90° de cada vez. Isto produz flutuações de amplitude muito mais baixas do que QPSK não-offset e às vezes é preferido na prática.
A imagem à direita mostra a diferença no comportamento da fase entre QPSK e OQPSK ordinários. Pode-se ver que na primeira parcela a fase pode mudar 180° de uma vez, enquanto em OQPSK as mudanças nunca são maiores que 90°.
o sinal modulado é mostrado abaixo para um pequeno segmento de um fluxo de dados binário Aleatório. Observe o deslocamento de meio símbolo-período entre as duas ondas componentes. As mudanças de fase repentinas ocorrem cerca de duas vezes mais frequentemente do que para QPSK (uma vez que os sinais já não mudam juntos), mas eles são menos graves. Em outras palavras, a magnitude dos saltos é menor em OQPSK quando comparado com QPSK.
SOQPSKEdit
A licença livre em forma de compensar QPSK (SOQPSK) é interoperável com Feher-patenteado QPSK (FQPSK), no sentido de que um integrá-e-despejo deslocamento QPSK detector produz a mesma saída não importa qual o tipo de transmissor é usado.
estas modulações moldam cuidadosamente as formas de onda I E Q de modo que elas mudam muito suavemente, e o sinal permanece constante-amplitude mesmo durante as transições do sinal. (Em vez de viajar instantaneamente de um símbolo para outro, ou mesmo linearmente, viaja suavemente em torno do círculo de amplitude constante de um símbolo para o próximo. Soqpsk modulation can be represented as the hybrid of QPSK and MSK: SOQPSK has the same signal constellation as QPSK, however the phase of SOQPSK is always stationary.
A descrição padrão de SOQPSK-TG envolve símbolos ternários. SOQPSK é um dos sistemas de modulação mais difundidos em aplicação à LEO satellite communications.
π/4-QPSKEdit
Esta variante de QPSK usa duas constelações idênticas que são Rodadas por 45° ( π /4 {\displaystyle \pi/4}
radians, daí o nome) em relação uma à outra. Normalmente, os símbolos pares ou ímpares são usados para selecionar pontos de uma das constelações e os outros símbolos selecionam pontos da outra constelação. Isto também reduz a fase de turnos a partir de um máximo de 180°, mas apenas para um máximo de 135° e, assim, a amplitude das flutuações de π / 4 {\displaystyle \pi /4}
-QPSK estão entre OQPSK e não-deslocamento QPSK.
uma propriedade que este esquema de modulação possui é que se o sinal modulado é representado no domínio complexo, transições entre símbolos nunca passam por 0. Em outras palavras, o sinal não passa pela origem. Isso reduz a gama dinâmica de flutuações no sinal, o que é desejável quando os sinais de comunicação de engenharia.
Por outro lado, π / 4 {\displaystyle \pi /4}
– QPSK presta-se a uma desmodulação fácil e foi adoptada para utilização, por exemplo, em sistemas telefónicos celulares TDMA.
o sinal modulado é mostrado abaixo para um segmento curto de um fluxo de dados binário Aleatório. A construção é a mesma que acima para QPSK comum. Os símbolos sucessivos são retirados das duas constelações mostradas no diagrama. Assim, o primeiro símbolo (1 1) é retirado da constelação “azul” e o segundo símbolo (0 0) é retirado da constelação “verde”. Note que as magnitudes das duas ondas componentes mudam à medida que mudam entre constelações, mas a magnitude total do sinal permanece constante (envelope constante). As mudanças de fase são entre as dos dois diagramas anteriores.
DPQPSKEdit
dual-polarization quadrature phase shift keying (DPQPSK) or dual-polarization QPSK – involves the polarization multiplexing of two different QPSK signals, thus improving the spectral efficiency by a factor of 2. Esta é uma alternativa econômica para a utilização de 16-PSK, em vez de QPSK para dobrar a eficiência espectral.