Texteingabe der Phase-Verschiebung (PSK) ist ein Digitalmodulationsschema, das Daten durch das Ändern, oder das Modulieren, die Phase eines Bezugssignals (die Transportunternehmen-Welle) befördert.

Jedes Digitalmodulationsschema verwendet mehrere verschiedene Signale, Digitaldaten zu vertreten. PSK verwendet eine begrenzte Zahl von Phasen, jeder hat ein einzigartiges Muster von binären Ziffern zugeteilt. Gewöhnlich verschlüsselt jede Phase eine gleiche Anzahl von Bit. Jedes Muster von Bit bildet das Symbol, das durch die besondere Phase vertreten wird. Der Demodulator, der spezifisch für den durch den Modulator verwendeten Zeichensatz entworfen wird, bestimmt die Phase des empfangenen Signals und stellt es zurück zum Symbol kartografisch dar, das es vertritt, so die ursprünglichen Daten wieder erlangend. Das verlangt, dass der Empfänger im Stande ist, die Phase des empfangenen Signals zu einem Bezugssignal zu vergleichen - solch ein System wird zusammenhängend genannt (und auf als CPSK verwiesen).

Wechselweise, anstatt in Bezug auf eine unveränderliche Bezugswelle zu funktionieren, kann die Sendung in Bezug auf sich funktionieren. Änderungen in der Phase einer einzelnen Sendungswellenform können als die bedeutenden Sachen betrachtet werden. In diesem System bestimmt der Demodulator die Änderungen in der Phase des empfangenen Signals aber nicht der Phase (hinsichtlich einer Bezugswelle) selbst. Da dieses Schema vom Unterschied zwischen aufeinander folgenden Phasen abhängt, ist es genannte Differenzialtexteingabe der Phase-Verschiebung (DPSK). DPSK kann bedeutsam einfacher sein durchzuführen als gewöhnlicher PSK, da es kein Bedürfnis nach dem Demodulator gibt, um eine Kopie des Bezugssignals zu haben, die genaue Phase des empfangenen Signals zu bestimmen (es ist ein nichtzusammenhängendes Schema). Im Austausch erzeugt es mehr falschen demodulations.

Einführung

Es gibt drei Hauptklassen von für die Übertragung digital vertretener Daten verwendeten Digitalmodulationstechniken:

• Texteingabe der Umfang-Verschiebung (ASK)
• Frequenzverschiebungstexteingabe (FSK)
• Texteingabe der Phase-Verschiebung (PSK)

Alle befördern Daten, indem sie etwas Aspekt eines Grundsignals, die Transportunternehmen-Welle (gewöhnlich ein sinusoid) als Antwort auf ein Datensignal ändern. Im Fall von PSK wird die Phase geändert, um das Datensignal zu vertreten. Es gibt zwei grundsätzliche Weisen, die Phase eines Signals auf diese Weise zu verwerten:

• Durch die Betrachtung der Phase selbst als das Übermitteln der Information, in welchem Fall der Demodulator ein Bezugssignal haben muss, die Phase des empfangenen Signals dagegen zu vergleichen; oder
• Durch die Betrachtung der Änderung in der Phase als das Übermitteln der Information - Differenzialschemas, von denen einige kein Bezugstransportunternehmen (bis zu einem gewissen Grad) brauchen.

Eine günstige Weise, PSK Schemas zu vertreten, ist auf einem Konstellationsdiagramm. Das zeigt die Punkte im komplizierten Flugzeug, wo, in diesem Zusammenhang, die echten und imaginären Äxte inphasigem und Quadratur-Äxte beziehungsweise wegen ihrer 90 ° Trennung genannt werden. Solch eine Darstellung auf rechtwinkligen Äxten leiht sich zur aufrichtigen Durchführung. Der Umfang jedes Punkts vorwärts inphasigem Achse wird verwendet, um einen Kosinus (oder Sinus) Welle und der Umfang entlang der Quadratur-Achse abzustimmen, um einen Sinus (oder Kosinus) Welle abzustimmen.

In PSK weist die Konstellation gewählt hin werden gewöhnlich mit dem gleichförmigen winkeligen Abstand um einen Kreis eingestellt. Das gibt maximale Phase-Trennung zwischen angrenzenden Punkten und so der besten Immunität gegen die Bestechung. Sie werden auf einem Kreis eingestellt, so dass sie alle mit derselben Energie übersandt werden können. Auf diese Weise werden die Module der komplexen Zahlen, die sie vertreten, dasselbe sein, und so so werden die Umfänge, die für den Kosinus und die Sinus-Wellen erforderlich sind. Zwei allgemeine Beispiele sind "binäre Phase-Verschiebung, die" (BPSK) eingibt, der zwei Phasen, und "Quadratur-Phase-Verschiebung verwendet, die" (QPSK) eingibt, der vier Phasen verwendet, obwohl jede Zahl von Phasen verwendet werden kann. Da die zu befördernden Daten gewöhnlich binär sind, wird das PSK Schema gewöhnlich mit der Zahl von Konstellationspunkten entworfen, die eine Macht 2 sind.

Definitionen

Um Fehlerraten mathematisch zu bestimmen, werden einige Definitionen erforderlich sein:

• = Energie pro Bit
• = Energie pro Symbol = mit n Bit pro Symbol
• = Bit-Dauer
• = Symbol-Dauer
• = Geräuschmacht geisterhafte Dichte (W/Hz)

• = Wahrscheinlichkeit des Bit-Fehlers

• = Wahrscheinlichkeit des Symbol-Fehlers

wird die Wahrscheinlichkeit geben, dass eine einzelne Probe, die von einem Zufallsprozess mit dem nullbösartigen und der Einheitsabweichung Wahrscheinlichkeitsdichte-Funktion von Gaussian genommen ist, größer oder dem gleich sein wird. Es ist eine schuppige Form der Ergänzungsfehlerfunktion von Gaussian:

:.

Die Fehlerraten angesetzt hier sind diejenigen im zusätzlichen weißen Geräusch von Gaussian (AWGN). Diese Fehlerraten sind niedriger, als diejenigen, die in verwelkenden Kanälen folglich geschätzt sind, ein guter theoretischer Abrisspunkt sind, um sich damit zu vergleichen.

Anwendungen

Infolge der Einfachheit von PSK, besonders im Vergleich zu seiner Mitbewerber-Quadratur-Umfang-Modulation, wird es in vorhandenen Technologien weit verwendet.

Der LAN Radiostandard, IEEE 802.11b-1999, verwendet eine Vielfalt von verschiedenem PSKs, je nachdem die Datenrate verlangt hat. An der grundlegenden Rate von 1 Mbit/s verwendet es DBPSK (unterschiedlicher BPSK). Um die verlängerte Rate von 2 Mbit/s zur Verfügung zu stellen, wird DQPSK verwendet. Im Erreichen von 5.5 Mbit/s und dem Normaltarif von 11 Mbit/s wird QPSK verwendet, aber muss mit der Ergänzungscodetexteingabe verbunden werden. Der LAN Hoch-Gangradiostandard, IEEE 802.11g-2003 hat acht Datenraten: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 und 54 Mbit/s. Die 6 und 9 Mbit/s Weisen verwenden OFDM Modulation, wo jeder Unterträger abgestimmter BPSK ist. Die 12 und 18 Mbit/s Weisen verwenden OFDM mit QPSK. Die schnellsten vier Weisen verwenden OFDM mit Formen der Quadratur-Umfang-Modulation.

Wegen seiner Einfachheit ist BPSK für preisgünstige passive Sender passend, und wird in RFID Standards wie ISO/IEC 14443 verwendet, der für biometric Pässe, Kreditkarten wie ExpressPay des amerikanischen Schnellzugs und viele andere Anwendungen angenommen worden ist.

Bluetooth 2 wird-DQPSK an seiner niedrigeren Rate (2 Mbit/s) und 8-DPSK an seiner höheren Rate verwenden (3 Mbit/s), wenn die Verbindung zwischen den zwei Geräten genug robust ist. Bluetooth 1 moduliert mit der Texteingabe der minimalen Verschiebung von Gaussian, einem binären Schema, so wird jede Modulationswahl in der Version 2 eine höhere Datenrate nachgeben. Eine ähnliche Technologie, IEEE 802.15.4 (der Radiostandard, der von ZigBee verwendet ist) verlässt sich auch, auf PSK. IEEE 802.15.4 erlaubt den Gebrauch von zwei Frequenzbändern: 868-915 MHz mit BPSK und an 2.4 GHz, die OQPSK verwenden.

Namentlich das Fehlen aus diesen verschiedenen Schemas ist 8-PSK. Das ist, weil seine Fehlerrate-Leistung der von 16-QAM nah ist - ist es um nur ungefähr 0.5 DB besser - aber seine Datenrate ist nur drei Viertel dieser von 16-QAM. So 8-PSK wird häufig aus Standards und, wie gesehen, oben weggelassen, Schemas neigen dazu, von QPSK bis 16-QAM 'zu springen' (8-QAM ist möglich, aber schwierig durchzuführen).

Eingeschlossen unter den Ausnahmen ist Satellit von HughesNet ISP. Zum Beispiel, das Modem des Modells HN7000S

(auf KU-band satcom) verwendet 8-PSK Modulation.

Binäre Texteingabe der Phase-Verschiebung (BPSK)

BPSK (hat auch manchmal PRK, Phase-Umkehrungstexteingabe, oder 2PSK genannt), ist die einfachste Form der Phase-Verschiebungstexteingabe (PSK). Es verwendet zwei Phasen, die durch 180 ° getrennt werden und auch so 2-PSK genannt werden können. Es ist genau nicht besonders von Bedeutung, wo die Konstellationspunkte eingestellt werden, und in dieser Zahl sie auf der echten Achse, an 0 ° und 180 ° gezeigt werden. Diese Modulation ist vom ganzen PSKs am robustesten, da es das höchste Niveau des Geräusches oder der Verzerrung nimmt, um den Demodulator zu einer falschen Entscheidung kommen zu lassen. Es ist jedoch nur, fähig, an 1 Bit/Symbol (wie gesehen, in der Zahl) zu modulieren, und ist so für hohe Datenrate-Anwendungen unpassend.

In Gegenwart von einer willkürlichen durch den Kommunikationskanal eingeführten Phase-Verschiebung ist der Demodulator unfähig zu erzählen, der Konstellationspunkt der ist. Infolgedessen, die Daten wird häufig vor der Modulation unterschiedlich verschlüsselt.

BPSK ist zur 2-QAM Modulation funktionell gleichwertig.

Durchführung

Die allgemeine Form für BPSK folgt der Gleichung:

:

Das gibt zwei Phasen, 0 und π nach.

In der spezifischen Form werden binäre Daten häufig mit den folgenden Signalen befördert:

:

= - \sqrt {\\frac {2E_b} {T_b}} \cos (2 \pi f_c t) </Mathematik> für den binären "0"

: für den binären "1"

wo f die Frequenz der Transportunternehmen-Welle ist.

Folglich kann der Signalraum durch die einzelne Basisfunktion vertreten werden

:

wo 1 dadurch vertreten wird und 0 dadurch vertreten wird. Diese Anweisung ist natürlich, willkürlich.

Dieser Gebrauch dieser Basisfunktion wird am Ende der folgenden Abteilung in einem Signaltiming-Diagramm gezeigt. Das höchste Signal ist eine BPSK-abgestimmte Kosinus-Welle, die der BPSK Modulator erzeugen würde. Der Bit-Strom, der diese Produktion verursacht, wird über dem Signal gezeigt (die anderen Teile dieser Zahl sind nur für QPSK wichtig).

Bit-Fehlerrate

Die Bit-Fehlerrate (BER) von BPSK in AWGN kann als berechnet werden:

: oder

Da es nur ein Bit pro Symbol gibt, ist das auch die Symbol-Fehlerrate.

Quadratur-Texteingabe der Phase-Verschiebung (QPSK)

Manchmal ist das als Vierergruppe PSK, quadriphase PSK, 4-PSK, oder 4-QAM bekannt. (Obwohl die Wurzelkonzepte von QPSK und 4-QAM verschieden sind, sind die resultierenden abgestimmten Funkwellen genau dasselbe.) QPSK verwendet vier Punkte auf dem Konstellationsdiagramm, equispaced um einen Kreis. Mit vier Phasen kann QPSK zwei Bit pro Symbol verschlüsseln, die im Diagramm mit dem grauen Codieren gezeigt sind, die Bit-Fehlerrate (BER) - manchmal misperceived als zweimal der BER von BPSK zu minimieren.

Die mathematische Analyse zeigt, dass QPSK verwendet werden kann, entweder um die Datenrate im Vergleich zu einem BPSK System zu verdoppeln, während man dieselbe Bandbreite des Signals aufrechterhält, oder die Datenrate von BPSK aufrechtzuerhalten, aber die erforderliche Bandbreite halbiert. In diesem letzten Fall ist der BER von QPSK genau dasselbe, wie der BER von BPSK - und entscheidend verschieden eine allgemeine Verwirrung ist, wenn er in Betracht zieht oder QPSK beschreibt.

In Anbetracht dessen, dass Radionachrichtenkanäle von Agenturen wie die Bundesnachrichtenkommission zugeteilt werden, die eine vorgeschriebene (maximale) Bandbreite gibt, wird der Vorteil von QPSK über BPSK offensichtlich: QPSK übersendet zweimal die Datenrate in einer gegebenen Bandbreite im Vergleich zu BPSK - an demselben BER. Die Technikstrafe, die bezahlt wird, ist, dass QPSK Sender und Empfänger mehr kompliziert sind als diejenigen für BPSK. Jedoch, mit der modernen Elektronik-Technologie, ist die Strafe in Kosten sehr gemäßigt.

Als mit BPSK gibt es Phase-Zweideutigkeitsprobleme an der Empfangsseite, und unterschiedlich verschlüsselter QPSK wird häufig in der Praxis verwendet.

Durchführung

Die Durchführung von QPSK ist allgemeiner als dieser von BPSK und zeigt auch die Durchführung von höherwertigem PSK an. Das Schreiben der Symbole im Konstellationsdiagramm in Bezug auf den Sinus und die Kosinus-Wellen hat gepflegt, sie zu übersenden:

:

Das gibt die vier Phasen π/4, 3π/4, 5π/4 und 7π/4, wie erforderlich, nach.

Das läuft auf einen zweidimensionalen Signalraum mit Einheitsbasisfunktionen hinaus

::

Die erste Basisfunktion wird als inphasigem Bestandteil des Signals und des zweiten als der Quadratur-Bestandteil des Signals verwendet.

Folglich besteht die Signalkonstellation aus dem Signalraum 4 Punkte

:

Die Faktoren von 1/2 zeigen an, dass die Gesamtmacht ebenso zwischen den zwei Transportunternehmen gespalten wird.

Das Vergleichen von diesen Basis fungiert, mit dem für BPSK klar zeigt, wie QPSK als zwei unabhängige BPSK-Signale angesehen werden kann. Bemerken Sie, dass die Signalraumpunkte für BPSK das Symbol (Bit) Energie über die zwei Transportunternehmen im im BPSK Konstellationsdiagramm gezeigten Schema nicht zu spalten brauchen.

QPSK Systeme können auf mehrere Weisen durchgeführt werden. Eine Illustration der Hauptbestandteile der Sender- und Empfänger-Struktur wird unten gezeigt.

Bit-Fehlerrate

Obwohl QPSK als eine Vierergruppe-Modulation angesehen werden kann, ist es leichter, es als zwei unabhängig abgestimmte Quadratur-Transportunternehmen zu sehen. Mit dieser Interpretation sogar (oder seltsam) werden Bit verwendet, um inphasigem Bestandteil des Transportunternehmens zu modulieren, während die sonderbaren (oder sogar) Bit verwendet werden, um den mit der Quadratur phasigen Bestandteil des Transportunternehmens abzustimmen. BPSK wird auf beiden Transportunternehmen verwendet, und sie können unabhängig demoduliert werden.

Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit des Bit-Fehlers für QPSK dasselbe bezüglich BPSK:

:

Jedoch, um dieselbe Bitfehlerwahrscheinlichkeit wie BPSK zu erreichen, verwendet QPSK zweimal die Macht (da zwei Bit gleichzeitig übersandt werden).

Durch die Symbol-Fehlerrate wird gegeben:

Wenn das Verhältnis des Signals zum Geräusch hoch ist (wie für praktische QPSK Systeme notwendig ist), kann der Wahrscheinlichkeit des Symbol-Fehlers näher gekommen werden:

:

QPSK signalisieren im Zeitabschnitt

Die binären Daten, der durch diese Wellenform befördert wird, sind: 1 1 0 0 0 1 1 0.

• Die sonderbaren Bit, hervorgehoben hier, tragen inphasigem Bestandteil bei: 1 0 1 0
• Die gleichen Bit, hervorgehoben hier, tragen zum mit der Quadratur phasigen Bestandteil bei: 1 0 0 1

Varianten

Ausgleich QPSK (OQPSK)

Ausgleich-Quadratur-Texteingabe der Phase-Verschiebung (OQPSK) ist eine Variante der Phase-Verschiebung, die Modulation mit 4 verschiedenen Werten der Phase eingibt, um zu übersenden. Es wird manchmal Gestaffelte Quadratur-Texteingabe der Phase-Verschiebung (SQPSK) genannt.

Die Einnahme von vier Werten der Phase (zwei Bit) auf einmal, um ein QPSK Symbol zu bauen, kann der Phase des Signals erlauben, um nicht weniger als 180 ° auf einmal zu springen. Wenn das Signal niedriger Pass gefiltert ist (wie in einem Sender typisch ist), laufen diese Phase-Verschiebungen auf große Umfang-Schwankungen, eine unerwünschte Qualität in Nachrichtensystemen hinaus. Durch den Versatz des Timings der geraden und ungeraden Bit vor einer Bit-Periode oder einer halben Symbol-Periode, inphasigem und Quadratur-Bestandteile wird sich zur gleichen Zeit nie ändern. Im Konstellationsdiagramm gezeigt rechts kann es gesehen werden, dass das die Phase-Verschiebung auf nicht mehr als 90 ° auf einmal beschränken wird. Das gibt viel niedrigere Umfang-Schwankungen nach als Nichtausgleich QPSK und wird manchmal in der Praxis bevorzugt.

Das Bild auf dem Recht zeigt den Unterschied im Verhalten der Phase zwischen gewöhnlichem QPSK und OQPSK. Es kann gesehen werden, dass im ersten Anschlag sich die Phase um 180 ° sofort ändern kann, während in OQPSK die Änderungen nie größer sind als 90 °.

Das abgestimmte Signal wird unten für ein kurzes Segment eines zufälligen binären Datenstroms gezeigt. Bemerken Sie die Hälfte des Ausgleichs der Symbol-Periode zwischen den zwei Teilwellen. Die plötzlichen Phase-Verschiebungen kommen ungefähr zweimal so häufig bezüglich QPSK vor (da sich die Signale nicht mehr zusammen ändern), aber sie sind weniger streng. Mit anderen Worten ist der Umfang von Sprüngen in OQPSK wenn im Vergleich zu QPSK kleiner.

&pi;/4-QPSK

zu einander.]]

Diese Variante von QPSK verwendet zwei identische Konstellationen, die durch 45 ° (radians, folglich der Name) in Bezug auf einander rotieren gelassen werden. Gewöhnlich, entweder sogar oder sonderbare Symbole werden verwendet, um Punkte von einer der Konstellationen und der anderen Symbole ausgesuchte Punkte von der anderen Konstellation auszuwählen. Das reduziert auch die Phase-Verschiebungen von einem Maximum von 180 °, aber nur zu einem Maximum von 135 ° und so sind die Umfang-Schwankungen von-QPSK zwischen OQPSK und Nichtausgleich QPSK.

Ein Eigentum, das dieses Modulationsschema besitzt, besteht darin, dass, wenn das abgestimmte Signal im komplizierten Gebiet vertreten wird, es keine Pfade durch den Ursprung hat. Mit anderen Worten führt das Signal den Ursprung nicht durch. Das senkt die dynamische Reihe von Schwankungen im Signal, das wünschenswert ist, wenn Technikkommunikationen signalisieren.

Andererseits leiht-QPSK sich zu leichtem demodulation und ist für den Gebrauch in, zum Beispiel, TDMA Autotelefon-Systeme angenommen worden.

Das abgestimmte Signal wird unten für ein kurzes Segment eines zufälligen binären Datenstroms gezeigt. Der Aufbau ist dasselbe als oben für gewöhnlichen QPSK. Aufeinander folgende Symbole werden von den zwei im Diagramm gezeigten Konstellationen genommen. So wird das erste Symbol (1 1) von der 'blauen' Konstellation genommen, und das zweite Symbol (0 0) wird von der 'grünen' Konstellation genommen. Bemerken Sie, dass sich Umfänge der zwei Teilwellen ändern, weil sie zwischen Konstellationen umschalten, aber der Umfang des Gesamtsignals bleibt unveränderlich (unveränderlicher Umschlag). Die Phase-Verschiebungen sind zwischen denjenigen der zwei vorherigen Timing-Diagramme.

SOQPSK

Der lizenzfreie geformt ausgeglichene QPSK (SOQPSK) ist mit Feher-patentiertem QPSK (FQPSK) im Sinn zwischendurchführbar, dass ein integrieren-und-abladen Ausgleich QPSK Entdecker erzeugt dieselbe Produktion, macht dir nichts aus der die Art des Senders https://dspace.byu.edu/bitstream/1877/121/1/NelsonPerrinsRice_common_detectors.pdf. verwendet wird

Diese Modulationen gestalten sorgfältig mich und Q solche Wellenformen, dass sie sich sehr glatt ändern, und das Signal unveränderlicher Umfang sogar während Signalübergänge bleibt. (Anstatt sofort von einem Symbol bis einen anderen, oder sogar geradlinig zu reisen, reist es glatt um den Kreis des unveränderlichen Umfangs von einem Symbol bis das folgende.)

Die Standardbeschreibung von SOQPSK-TG schließt dreifältige Symbole ein.

DPQPSK

Doppelpolarisationsquadratur-Phase-Verschiebungstexteingabe (DPQPSK) oder Doppelpolarisation QPSK - schließen die Polarisation ein, die von zwei verschiedenen QPSK-Signalen gleichzeitig sendet, so die geisterhafte Leistungsfähigkeit durch einen Faktor 2 verbessernd. Das ist eine rentable Alternative zum statt QPSK 16-PSK Verwenden, um die geisterhafte Leistungsfähigkeit zu verdoppeln.

Höherwertiger PSK

Jede Zahl von Phasen kann verwendet werden, um eine PSK Konstellation zu bauen, aber 8-PSK ist gewöhnlich die höchste Ordnung PSK aufmarschierte Konstellation. Mit mehr als 8 Phasen wird die Fehlerrate zu hoch, und dort, sind obwohl komplizierter, Modulationen verfügbar wie Quadratur-Umfang-Modulation (QAM) besser. Obwohl jede Zahl von Phasen verwendet werden kann, bedeutet die Tatsache, dass sich die Konstellation gewöhnlich mit binären Daten befassen muss, dass die Zahl von Symbolen gewöhnlich eine Macht 2 ist - erlaubt das eine gleiche Anzahl von Bit pro Symbol.

Bit-Fehlerrate

Für den allgemeinen-PSK gibt es keinen einfachen Ausdruck für die Wahrscheinlichkeit des Symbol-Fehlers wenn. Leider kann es nur erhalten werden bei:

:

P_s = 1 - \int_ {-\frac {\\Pi} {M}} ^ {\\frac {\\Pi} {M}} p_ {\\theta_ {r} }\\ist (\theta_ {r }\\Recht) d\theta_ {r }\abgereist

</Mathematik>

wo

:

::

: und

: und sind gemeinsam-Gaussian zufällige Variablen.

Dem kann für den hohen und das hohe näher gekommen werden durch:

:.

Die Bitfehlerwahrscheinlichkeit für-PSK kann nur genau bestimmt werden, sobald der Bit kartografisch darstellende bekannt ist. Jedoch, wenn Gray, der codiert, verwendet wird, erzeugt der wahrscheinlichste Fehler von einem Symbol bis das folgende nur einen einzelnen Bit-Fehler und

:.

(Das Verwenden des Grauen Codierens erlaubt uns, der Entfernung von Lee der Fehler als die Entfernung von Hamming der Fehler im decodierten bitstream näher zu kommen, der leichter ist, in der Hardware durchzuführen.)

Der Graph vergleicht links die Bitfehlerraten von BPSK, QPSK (die dasselbe, wie bemerkt, oben sind), 8-PSK und 16-PSK. Es wird gesehen, dass höherwertige Modulationen höhere Fehlerraten ausstellen; im Austausch jedoch liefern sie eine höhere rohe Datenrate.

Grenzen auf den Fehlerraten von verschiedenen Digitalmodulationsschemas können mit der Anwendung der zur Signalkonstellation gebundenen Vereinigung geschätzt werden.

Differenzialtexteingabe der Phase-Verschiebung (DPSK)

Differenzialverschlüsselung

Differenzialphase-Verschiebungstexteingabe (DPSK) ist eine Standardform der Phase-Modulation, die Daten durch das Ändern der Phase der Transportunternehmen-Welle befördert. Wie erwähnt, für BPSK und QPSK dort ist eine Zweideutigkeit der Phase, wenn die Konstellation durch eine Wirkung im Kommunikationskanal rotieren gelassen wird, durch den das Signal geht. Dieses Problem kann durch das Verwenden der Daten überwunden werden, um die Phase zu ändern aber nicht zu setzen.

Zum Beispiel in unterschiedlich verschlüsseltem BPSK kann eine Dualzahl '1' durch das Hinzufügen von 180 ° zur aktuellen Phase und einer Dualzahl '0' durch das Hinzufügen von 0 ° zur aktuellen Phase übersandt werden. Eine andere Variante von DPSK ist Symmetrische Differenzialphase-Verschiebungstexteingabe, SDPSK, wo Verschlüsselung +90 ° für '1' und-90 ° für '0' sein würde.

In unterschiedlich verschlüsseltem QPSK (DQPSK) sind die Phase-Verschiebungen 0 °, 90 °, 180 °,-90 ° entsprechend Daten '00', '01', '11', '10'. Diese Art der Verschlüsselung kann ebenso bezüglich nichtunterschiedlichen PSK demoduliert werden, aber die Phase-Zweideutigkeiten können ignoriert werden. So wird jedes erhaltene Symbol zu einem der Punkte in der Konstellation demoduliert, und ein comparator schätzt dann den Unterschied in der Phase zwischen diesem empfangenen Signal und dem vorhergehenden. Der Unterschied verschlüsselt die Daten, wie beschrieben, oben.

Symmetric Differential Quadrature Phase Shift Keying (SDQPSK) ist DQPSK ähnlich, aber Verschlüsselung, ist mit Phase-Verschiebungswerten von-135 °,-45 °, +45 ° und +135 ° symmetrisch.

Das abgestimmte Signal wird unten sowohl für DBPSK als auch für DQPSK, wie beschrieben, oben gezeigt. In der Zahl wird es angenommen, dass das Signal mit der Nullphase anfängt, und also gibt es eine Phase-Verschiebung in beiden Signalen daran.

Analyse zeigt, dass Differenzialverschlüsselung ungefähr die Fehlerrate im Vergleich zu gewöhnlichem-PSK verdoppelt, aber das kann durch nur eine kleine Zunahme darin überwunden werden. Außerdem basiert diese Analyse (und die grafischen Ergebnisse unten) auf einem System, in dem die einzige Bestechung zusätzliches weißes Geräusch von Gaussian (AWGN) ist. Jedoch wird es auch einen physischen Kanal zwischen dem Sender und Empfänger im Nachrichtensystem geben. Dieser Kanal wird im Allgemeinen eine unbekannte Phase-Verschiebung ins PSK-Signal einführen; in diesen Fällen können die Differenzialschemas eine bessere Fehlerrate nachgeben als die gewöhnlichen Schemas, die sich auf die genaue Phase-Information verlassen.

Demodulation

Für ein Signal, das unterschiedlich verschlüsselt worden ist, gibt es eine offensichtliche alternative Methode von demodulation. Anstatt als üblich zu demodulieren und mit dem Transportunternehmen phasige Zweideutigkeit zu ignorieren, wird die Phase zwischen zwei aufeinander folgenden erhaltenen Symbolen verglichen und verwendet, um zu bestimmen, wie die Daten gewesen sein müssen. Wenn Differenzialverschlüsselung auf diese Weise verwendet wird, ist das Schema als Differenzialtexteingabe der Phase-Verschiebung (DPSK) bekannt. Bemerken Sie, dass das zu gerade unterschiedlich verschlüsseltem PSK seitdem auf den Empfang subtil verschieden ist, werden die erhaltenen Symbole eins nach dem anderen zu Konstellationspunkten nicht decodiert, aber werden stattdessen direkt mit einander verglichen.

Nennen Sie das erhaltene Symbol im timeslot und lassen Sie es Phase haben. Nehmen Sie ohne Verlust der Allgemeinheit an, dass die Phase der Transportunternehmen-Welle Null ist. Zeigen Sie den AWGN-Begriff als an. Dann

:.

Die Entscheidungsvariable für das Symbol und das Symbol ist der Phase-Unterschied zwischen und. D. h. wenn darauf geplant wird, wird die Entscheidung auf der Phase der resultierenden komplexen Zahl getroffen:

:

wo Exponent * komplizierte Konjugation anzeigt. Ohne Geräusch ist die Phase davon, die Phase-Verschiebung zwischen den zwei empfangenen Signalen, die verwendet werden können, um die übersandten Daten zu bestimmen.

Die Wahrscheinlichkeit des Fehlers für DPSK ist schwierig, im Allgemeinen zu rechnen, aber im Fall von DBPSK ist es:

:

der, wenn numerisch bewertet, nur ein bisschen schlechter ist als gewöhnlicher BPSK besonders an höheren Werten.

Das Verwenden vermeidet DPSK das Bedürfnis nach vielleicht komplizierten Schemas der Transportunternehmen-Wiederherstellung, eine genaue Phase-Schätzung zur Verfügung zu stellen, und kann eine attraktive Alternative zu gewöhnlichem PSK sein.

In optischen Kommunikationen können die Daten auf die Phase eines Lasers auf eine Differenzialweise abgestimmt werden. Die Modulation ist ein Laser, der eine dauernde Welle und einen Modulator des Machs-Zehnder ausstrahlt, der elektrische binäre Daten erhält. Für den Fall von BPSK zum Beispiel übersendet der Laser das Feld, das für den binären '1', und mit der Rückwidersprüchlichkeit für '0' unverändert ist. Der Demodulator besteht aus einer Verzögerungslinie interferometer, der ein Bit verzögert, so können zwei Bit auf einmal verglichen werden. In der weiteren Verarbeitung wird eine Foto-Diode verwendet, um das optische Feld in einen elektrischen Strom umzugestalten, so wird die Information zurück in seinen ursprünglichen Staat geändert.

Die Bitfehlerraten von DBPSK und DQPSK sind im Vergleich zu ihren Nichtdifferenzialkollegen im Graphen nach rechts. Der Verlust, um DBPSK zu verwenden, ist im Vergleich zur Kompliziertheitsverminderung klein genug, dass es häufig in Kommunikationssystemen verwendet wird, die BPSK sonst verwenden würden. Für DQPSK, obwohl der Verlust in der Leistung im Vergleich zu gewöhnlichem QPSK größer ist und muss der Systementwerfer das gegen die Verminderung der Kompliziertheit erwägen.

Beispiel: Unterschiedlich verschlüsselter BPSK

Am Zeitschlitz nennen das Bit, das, das unterschiedlich verschlüsselte Bit und das resultierende abgestimmte Signal abzustimmen ist. Nehmen Sie an, dass das Konstellationsdiagramm die Symbole an ±1 einstellt (der BPSK ist). Das Differenzial encoder erzeugt:

:

wo binäre oder modulo-2 Hinzufügung anzeigt.

So, nur Änderungsstaat (vom binären '0' zum binären '1' oder vom binären '1' zum binären '0'), wenn eine Dualzahl '1' ist. Sonst bleibt es in seinem vorherigen Staat. Das ist die Beschreibung von unterschiedlich verschlüsseltem BPSK, der oben gegeben ist.

Das empfangene Signal wird demoduliert, um ±1 zu tragen, und dann kehrt der Differenzialdecoder das Verschlüsselungsverfahren um und erzeugt:

: da binäre Subtraktion dasselbe als binäre Hinzufügung ist.

Deshalb, wenn sich und unterscheiden, und wenn sie dasselbe sind. Folglich, wenn beide und umgekehrt werden, wird noch richtig decodiert. So ist die 180 ° Phase-Zweideutigkeit nicht von Bedeutung.

Differenzialschemas für andere PSK Modulationen können entlang ähnlichen Linien ausgedacht werden. Die Wellenformen für DPSK sind dasselbe bezüglich unterschiedlich verschlüsselten PSK, der oben gegeben ist, da die einzige Änderung zwischen den zwei Schemas am Empfänger ist.

Die BER-Kurve für dieses Beispiel ist im Vergleich zu gewöhnlichem BPSK rechts. Wie oben erwähnt, während die Fehlerrate, die Zunahme ungefähr verdoppelt wird, die erforderlich ist in zu siegen, ist das klein. Die Zunahme im erforderlichen, um Differenzialmodulation in codierten Systemen zu überwinden, ist jedoch - normalerweise ungefähr 3 DB größer. Die Leistungsdegradierung ist ein Ergebnis der nichtzusammenhängenden Übertragung - in diesem Fall bezieht es sich auf die Tatsache, dass das Verfolgen der Phase völlig ignoriert wird.

Kanalkapazität

Wie die ganze M ary Modulationsschemas mit der M = 2 Symbole, wenn gegeben, erhebt sich der exklusive Zugang zu einer festen Bandbreite, der Kanalkapazität jeder Phase-Verschiebung, die Modulationsschema eingibt, zu einem Maximum von b Bit pro Symbol, als das Verhältnis des Signals zum Geräusch zunimmt.

Siehe auch

• Differenzial, das codiert
• Gefilterte symmetrische unterschiedliche Phase-Verschiebung, die eingibt
• Modulation - für eine Übersicht aller Modulationsschemas
• Phase-Modulation (PM) - die Entsprechung, die von PSK gleichwertig

ist

• Polare Modulation
• PSK31
• PSK63

Referenzen

Die Notation und theoretischen Ergebnisse in diesem Artikel basieren auf dem in den folgenden Quellen präsentierten Material: