Модуляция 8psk что это

Восьмипозиционная фазовая модуляция (8-PSK)

Диаграмма переходов состояний сигнала при восьмипозиционной фазовой модуляции приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Диаграмма переходов состояний сигнала восьмипозиционной фазовой модуляции 8-PSK

На этой же диаграмме приведены значения трибитов, передаваемых каждым состоянием символа. Как видно из рисунка 1, фазовые состояния закодированы кодом Грея, который позволяет минимизировать количество битовых ошибок при неправильном приеме символьной комбинации на приемном конце радиоканала. Соседние фазовые состояния символа отличаются друг от друга не более чем на один бит.

Спектр радиосигнала восьмипозиционной фазовой модуляции не отличается от спектра квадратурной фазовой модуляции. Это означает, что перед передачей данного сигнала в радиоканал следует сформировать траектории переходов квадратур I и Q с помощью фильтра Найквиста, и, тем самым, ограничить спектр результирующего сигнала в полосе радиочастот.

Осциллограммы одной из реализаций сигналов I и Q, обработанных с помощью фильтра Найквиста, приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Осциллограммы сигналов I и Q, снятых с выхода фильтра Найквиста

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Восьмипозиционная фазовая модуляция (8-PSK)» читают:

MSK-модуляция частотная с минимальным сдвигом по частоте
https://digteh.ru/UGFSvSPS/modul/MSK/

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

Цифровая фазовая модуляция: BPSK, QPSK, DQPSK

Цифровая фазовая модуляция – это универсальный и широко используемый метод беспроводной передачи цифровых данных.

В предыдущей статье мы видели, что мы можем использовать дискретные изменения амплитуды или частоты несущей как способ представления единиц и нулей. Неудивительно, что мы также можем представлять цифровые данные с помощью фазы; этот метод называется фазовой манипуляцией (PSK, phase shift keying).

Двоичная фазовая манипуляция

Наиболее простой тип PSK называется двоичной фазовой манипуляцией (BPSK, binary phase shift keying), где «двоичный» относится к использованию двух фазовых смещений (одно для логической единицы и одно для логического нуля).

Мы интуитивно можем признать, что система будет более надежной, если разделение между этими двумя фазами будет большим – конечно, приемнику будет сложно различать символ со смещением фазы 90° от символа со смещением фазы 91°. Для работы у нас есть диапазон фаз 360°, поэтому максимальная разница между фазами логической единицы и логического нуля составляет 180°. Но мы знаем, что переключение синусоиды на 180° – это то же самое, что ее инвертирование; таким образом, мы можем думать о BPSK как о простом инвертировании сигнала несущей в ответ на одно логическое состояние и оставление ее в исходном состоянии в ответ на другое логическое состояние.

Чтобы сделать следующий шаг, мы вспомним, что умножение синусоиды на отрицательную единицу – это то же самое, что ее инвертирование. Это приводит к возможности внедрения BPSK с использованием следующей базовой аппаратной конфигурации:

Базовая схема получения BPSK сигнала

Однако эта схема легко может привести к переходам с высоким наклоном в форме сигнала несущей частоты: если переход между логическими состояниями происходит, когда сигнал несущей находится в своем максимальном значении, напряжение сигнала несущей должно быстро перейти к минимальному значению.

Высокий наклон в форме BPSK сигнала при изменении логического состояния модулирующего сигнала

Такие события с высоким наклоном нежелательны, потому что они создают энергию на высокочастотных составляющих, которые могут помешать другим радиочастотным сигналам. Кроме того, усилители имеют ограниченную способность производить резкие изменения в выходном напряжении.

Если мы усовершенствуем вышеприведенную реализацию двумя дополнительными функциями, то сможем обеспечить плавные переходы между символами. Во-первых, нам необходимо убедиться, что период цифрового бита равен одному или нескольким полным периодам сигнала несущей. Во-вторых, нам необходимо синхронизировать цифровые переходы с сигналом несущей. Благодаря этим усовершенствованиям мы могли бы разработать систему таким образом, чтобы изменение фазы на 180° происходило, когда сигнал несущей частоты находится в пересечении нуля (или близко к нему).

BPSK сигнал; нет резкого скачка напряжения сигнала несущей при изменении логического состояния модулирующего сигнала

BPSK передает один бит на символ, к чему мы и привыкли. Всё, что мы обсуждали в отношении цифровой модуляции, предполагало, что сигнал несущей изменяется в зависимости от того, находится ли цифровое напряжение на низком или высоком логическом уровне, и приемник воссоздает цифровые данные, интерпретируя каждый символ как 0 или 1.

Прежде чем обсуждать квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK, quadrature phase shift keying), нам необходимо ввести следующую важную концепцию: нет причин, по которым один символ может передавать только один бит. Это правда, что мир цифровой электроники строится вокруг схем, в которых напряжение находится на одном или другом экстремальном уровне, так что напряжение всегда представляет собой один цифровой бит. Но радиосигнал не является цифровым; скорее, мы используем аналоговые сигналы для передачи цифровых данных, и вполне приемлемо разработать систему, в которой аналоговые сигналы кодируются и интерпретируются таким образом, чтобы один символ представлял два (или более) бита.

QPSK сигнал во временной области

Преимущество QPSK заключается в более высокой скорости передачи данных: если мы сохраняем одну и ту же длительность символа, то можем удвоить скорость передачи данных от передатчика к приемнику. Недостатком является сложность системы. (Вы можете подумать, что QPSK более восприимчив к битовым ошибкам, чем BPSK, поскольку разделение между возможными значениями в нем меньше. Это разумное предположение, но если вы рассмотрите их математику, то оказывается, что вероятности ошибок на самом деле очень похожи.)

Варианты

QPSK модуляция, конечно, является эффективным методом модуляции. Но ее можно улучшить.

Скачки фазы

Стандартная QPSK модуляция гарантирует, что переходы между символами будут происходить с высоким наклоном; поскольку скачки фазы могут составлять ±90°, мы не можем использовать подход, описанный для скачков фазы на 180°, создаваемых BPSK модуляцией.

Эту проблему можно смягчить, используя один из двух вариантов QPSK. Квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом квадратур (OQPSK, Offset QPSK), которая включает в себя добавление задержки к одному из двух потоков цифровых данных, используемых в процессе модуляции, уменьшает максимальный скачок фазы до 90°. Другим вариантом является π/4-QPSK, которая уменьшает максимальный скачок фазы до 135°. Таким образом, OQPSK обладает преимуществом в уменьшении разрывов фазы, но π/4-QPSK выигрывает, поскольку она совместима с дифференциальном кодированием (обсуждается ниже).

Другим способом решения проблем с разрывами между символами является реализация дополнительной обработки сигналов, которая создает более плавные переходы между символами. Этот подход включен в схему модуляции, называемую частотной модуляцией минимального фазового сдвига (MSK, minimum shift keying), а также улучшение MSK, известное как Гауссовская MSK (GMSK, Gaussian MSK).

Дифференциальное кодирование

Еще одна сложность заключается в том, что демодуляция PSK сигналов сложнее, чем FSK сигналов. Частота является «абсолютной» в том смысле, что изменения частоты всегда можно интерпретировать, анализируя изменения сигнала во времени. Фаза, однако, относительна в том смысле, что она не имеет универсальной опорной точки – передатчик генерирует изменения фазы относительно одного момента времени, а приемник может интерпретировать изменения фазы относительно другого момента времени.

Практическое проявление этого заключается в следующем: если между фазами (или частотами) генераторов, используемых для модуляции и демодуляции, существуют различия, PSK становится ненадежной. И мы должны предположить, что будут разности фаз (если приемник не включает в себя схему восстановления несущей).

Дифференциальная QPSK (DQPSK, differential QPSK) – это вариант, который совместим с некогерентными приемниками (т.е. приемниками, которые не синхронизируют генератор демодуляции с генератором модуляции). Дифференциальная QPSK кодирует данные, создавая определенный сдвиг фазы относительно предыдущего символа таким образом, чтобы схема демодуляции анализировала фазу символа, используя опорную точку, которая является общей и для приемника, и для передатчика.

Пояснение принципа действия DQPSK модуляции

Источник

Модуляция 8psk что это

Вот в этой «полосе частот» и весь «сыр бор»

Если изменение фазы принимает только два значения,
( например 0° и 180°)
— то это двоичная ( бинарная ) фазовая модуляция (Binary Phase Shift Key, BPSK ).

вероятность ошибки при такой модуляции

но цифровую информацию можно представить не только
как последовательность «нулей» и «единиц»

можно представить и по другому

10 10 11 00 11 10 01 01 01 01 00 10 10 10

то есть её можно представить, как последовательность четырёх «цифровых букв»

и каждую такую «букву» передавать СВОИМ состоянием фазы

720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 пикселей (NTSC)
720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 пикселей (PAL)

То стандартые значения разрешения для HDTV это

— 1920×1080 (1080i)
— 1280×720 (720p).

так чтобы число единиц в каждом получившимся
«слове» было бы НЕчетным

000 1
001 0
010 0
011 1
100 0
101 1
010 0
111 0

Это и есть «растояние Хемминга»

«судья» выбирает любой из сильных спутников от Ская 28Е до Амоса 4W
и дает команду [Start]

— в течении = максимум 2 СЕКУНДЫ = на мониторе будет картинка с выбранного спутника

Для этого попробуем разобраться как связаны между собой
четыре параметра

На самом деле всё просто

Из этого следует, что все четыре параметра связаны между собой

S — уровень сигнала,
N — уровень шума,
F — ширина полосы пропускания канала связи

Спасибо, Альяно, за труд!

Но в моей чайниковской голове как-то вот не совсем укладываются некоторые понятия.

Разрешите, я выскажу свои соображения, как я понимаю с точки зрения простого обывателя и использования спутникового ТВ как любителя,
и если не трудно поправьте меня если где ошибаюсь.

Жили мы при стандарте DVB-S и принимали поток в формате mpeg-1, mpeg-2.
Тут все понятно.
Причем ресивером DVB-S можно было принимать и mpeg-4, т.е. HDTV
Если, конечно, в этом ресивере была соответствующая поддержка (декодер)
Я правильно понимаю?

Появляется DVB-S2.
То, что ресиверы DVB-S не смогут принмать поток DVB-S2 тоже понятно.

Понимаю, что ресиверы DVB-S2 аналогичо ресиверам DVB-S могут принимать поток в формате mpeg-1, mpeg-2, mpeg-4, при наличии соответствующих декодеров.

Вот ту я как-то не уловил и не пойму.
То ли покупают карты(ресиверы) для просмотра только контена под DVB-S2
То ли смотрят и то и другое и «новый» DVB-S2 и «старый» DVB-S

Может на сайте где есть вводная по этой тематике?

Глава II
Мне приснилось небо Лондона

Powered by phpBB © 2001-2006 phpBB Group
All right reserved by Alyno ® 2004-2006

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Вступление

Все они передают данные путем изменения некоторого аспекта базового сигнала, несущей волны (обычно синусоиды ) в ответ на сигнал данных. В случае PSK фаза изменяется для представления сигнала данных. Есть два основных способа использования фазы сигнала таким образом:

Определения

Для математического определения коэффициента ошибок потребуются некоторые определения:

Приложения

И QPSK, и 8PSK широко используются в спутниковом вещании. QPSK по-прежнему широко используется при потоковой передаче спутниковых каналов SD и некоторых каналов HD. Программы высокого разрешения передаются почти исключительно в 8PSK из-за более высоких битрейтов HD-видео и высокой стоимости спутниковой полосы пропускания. Стандарт DVB-S2 требует поддержки как QPSK, так и 8PSK. Наборы микросхем, используемые в новых спутниковых приставках, таких как серия Broadcom 7000, поддерживают 8PSK и обратно совместимы со старым стандартом.

Исторически синхронные модемы голосового диапазона, такие как Bell 201, 208 и 209 и CCITT V.26, V.27, V.29, V.32 и V.34, использовали PSK.

Двоичная фазовая манипуляция (BPSK)

Выполнение

Общая форма для BPSK следует уравнению:

Это дает две фазы, 0 и π. В конкретной форме двоичные данные часто передаются с помощью следующих сигналов:

Следовательно, пространство сигналов может быть представлено единственной базисной функцией

Частота ошибок по битам

Коэффициент ошибок по битам (BER) BPSK при аддитивном белом гауссовском шуме (AWGN) можно рассчитать как:

Поскольку на каждый символ приходится только один бит, это также частота ошибок символа.

Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)

Выполнение

Реализация QPSK является более общей, чем реализация BPSK, а также указывает на реализацию PSK более высокого порядка. Запишите символы на диаграмме созвездия в виде синусоидальных и косинусоидальных волн, используемых для их передачи:

Это дает четыре фазы π / 4, 3π / 4, 5π / 4 и 7π / 4 по мере необходимости.

Это приводит к двумерному сигнальному пространству с единичными базисными функциями.

Первая базовая функция используется как синфазная составляющая сигнала, а вторая как квадратурная составляющая сигнала.

Следовательно, сигнальное созвездие состоит из 4 точек пространства сигнала.

Коэффициент 1/2 означает, что общая мощность поровну распределяется между двумя несущими.

Сравнение этих базовых функций с функциями для BPSK ясно показывает, как QPSK можно рассматривать как два независимых сигнала BPSK. Обратите внимание, что точки пространства сигнала для BPSK не нуждаются в разделении энергии символа (бита) по двум несущим в схеме, показанной на диаграмме созвездия BPSK.

Системы QPSK могут быть реализованы несколькими способами. Ниже показаны основные компоненты конструкции передатчика и приемника.

Вероятность ошибки

Хотя QPSK можно рассматривать как четвертичную модуляцию, его легче рассматривать как две независимо модулированные квадратурные несущие. При такой интерпретации четные (или нечетные) биты используются для модуляции синфазной составляющей несущей, в то время как нечетные (или четные) биты используются для модуляции квадратурной составляющей несущей. BPSK используется на обеих несущих, и их можно демодулировать независимо.

В результате вероятность битовой ошибки для QPSK такая же, как для BPSK:

Однако для достижения такой же вероятности битовой ошибки, что и для BPSK, QPSK использует удвоенную мощность (поскольку два бита передаются одновременно).

Коэффициент ошибок символа определяется как:

Если отношение сигнал / шум высокое (что необходимо для практических систем QPSK), вероятность ошибки символа может быть приблизительно равна:

Варианты

Смещение QPSK (OQPSK)

Принятие четырех значений фазы (два бита ) за один раз для построения символа QPSK может позволить фазе сигнала перескочить на целых 180 ° за раз. Когда сигнал проходит через фильтр нижних частот (что типично для передатчика), эти фазовые сдвиги приводят к большим колебаниям амплитуды, что является нежелательным качеством в системах связи. При смещении синхронизации нечетных и четных битов на один битовый период или половину периода символа синфазная и квадратурная составляющие никогда не изменятся одновременно. На диаграмме созвездия, показанной справа, можно увидеть, что это ограничит фазовый сдвиг не более чем на 90 ° за раз. Это дает гораздо меньшие колебания амплитуды, чем QPSK без смещения, и иногда это предпочтительнее на практике.

На рисунке справа показана разница в поведении фазы между обычным QPSK и OQPSK. Видно, что на первом графике фаза может измениться сразу на 180 °, в то время как в OQPSK изменения никогда не превышают 90 °.

Модулированный сигнал показан ниже для короткого сегмента случайного потока двоичных данных. Обратите внимание на смещение на половину периода символа между двумя составляющими волнами. Внезапные сдвиги фазы происходят примерно в два раза чаще, чем при QPSK (поскольку сигналы больше не изменяются вместе), но они менее серьезны. Другими словами, величина скачков меньше в OQPSK по сравнению с QPSK.

SOQPSK

Эти модуляции тщательно формируют формы сигналов I и Q, так что они меняются очень плавно, а сигнал остается постоянной амплитуды даже во время переходов сигнала. (Вместо того, чтобы мгновенно переходить от одного символа к другому или даже линейно, он плавно перемещается по кругу с постоянной амплитудой от одного символа к другому.) Модуляция SOQPSK может быть представлена ​​как гибрид QPSK и MSK : SOQPSK имеет один и тот же сигнал. созвездие как QPSK, однако фаза SOQPSK всегда стационарна.

π / 4-QPSK

Одним из свойств этой схемы модуляции является то, что если модулированный сигнал представлен в комплексной области, переходы между символами никогда не проходят через 0. Другими словами, сигнал не проходит через начало координат. Это снижает динамический диапазон колебаний сигнала, что желательно при разработке сигналов связи.

Модулированный сигнал показан ниже для короткого сегмента случайного потока двоичных данных. Конструкция такая же, как и выше для обычного QPSK. Последовательные символы взяты из двух созвездий, показанных на схеме. Таким образом, первый символ (11) взят из «синего» созвездия, а второй символ (0 0) взят из «зеленого» созвездия. Обратите внимание, что величины двух составляющих волн меняются при переключении между созвездиями, но общая величина сигнала остается постоянной ( постоянная огибающая ). Фазовые сдвиги находятся между двумя предыдущими временными диаграммами.

DPQPSK

ПСК высшего порядка

Для построения созвездия PSK может использоваться любое количество фаз, но 8-PSK обычно является развернутым созвездием PSK высшего порядка. При более чем 8 фазах частота ошибок становится слишком высокой, и доступны лучшие, хотя и более сложные, модуляции, такие как квадратурная амплитудная модуляция (QAM). Хотя может использоваться любое количество фаз, тот факт, что совокупность обычно должна иметь дело с двоичными данными, означает, что количество символов обычно является степенью 2, чтобы обеспечить целое число битов на символ.

Частота ошибок по битам

(Использование кодирования Грея позволяет нам аппроксимировать расстояние Ли ошибок как расстояние Хэмминга ошибок в декодированном потоке битов, что легче реализовать на оборудовании.)

На графике слева сравниваются коэффициенты ошибок по битам для BPSK, QPSK (которые одинаковы, как указано выше), 8-PSK и 16-PSK. Видно, что модуляция более высокого порядка демонстрирует более высокую частоту ошибок; однако взамен они обеспечивают более высокую скорость необработанных данных.

Границы частоты ошибок различных схем цифровой модуляции могут быть вычислены с применением объединения, привязанного к сигнальной совокупности.

Спектральная эффективность

Полосная (или спектральная) эффективность схем модуляции M-PSK увеличивается с увеличением порядка модуляции M (в отличие, например, от M-FSK ):

Дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK)

Дифференциальное кодирование

Демодуляция

Для сигнала, который был закодирован дифференциально, существует очевидный альтернативный метод демодуляции. Вместо обычной демодуляции и игнорирования неоднозначности фазы несущей сравнивается фаза между двумя последовательными принятыми символами и используется для определения того, какими должны были быть данные. Когда дифференциальное кодирование используется таким образом, схема известна как дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK). Обратите внимание, что это немного отличается от просто дифференциально кодированной PSK, поскольку при приеме принятые символы не декодируются один за другим в точки совокупности, а вместо этого напрямую сравниваются друг с другом.

Вероятность ошибки для DPSK в целом трудно рассчитать, но в случае DBPSK она составляет:

Использование DPSK устраняет необходимость в возможных сложных схемах восстановления несущей для обеспечения точной оценки фазы и может быть привлекательной альтернативой обычному PSK.

Коэффициенты битовых ошибок DBPSK и DQPSK сравниваются с их недифференциальными аналогами на графике справа. Потери при использовании DBPSK достаточно малы по сравнению с уменьшением сложности, которое часто используется в системах связи, которые в противном случае использовали бы BPSK. Однако для DQPSK потеря производительности по сравнению с обычным QPSK больше, и разработчик системы должен сбалансировать это с уменьшением сложности.

Пример: дифференциально-кодированная BPSK

Таким образом, изменяется состояние (с двоичного «0» на двоичную «1» или с двоичного «1» на двоичный «0»), только если это двоичная «1». В противном случае он остается в своем предыдущем состоянии. Это описание дифференциально кодированной BPSK, приведенное выше. е k <\ displaystyle e_ > б k <\ displaystyle b_ >

поскольку двоичное вычитание аналогично двоичному сложению.

Взаимная информация с аддитивным белым гауссовским шумом

При промежуточных значениях отношения сигнал / шум взаимная информация (MI) хорошо аппроксимируется:

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Обозначения и теоретические результаты в статье основаны на материалах, представленных в следующих источниках:

Источник