Lernen über differentielle Quadratur-Phasenumtastung (DQPSK) Modulation

Differentielle und inkrementelle Datensicherung (Dezember 2018).

Anonim

Lernen über differentielle Quadratur-Phasenumtastung (DQPSK) Modulation


In dieser technischen Beschreibung wird erklärt, was Differential-QPSK ist und warum es gegenüber herkömmlichem QPSK vorteilhaft sein kann.

zusätzliche Informationen

Wenn Sie mit der QPSK-Modulation nicht vertraut sind, sollten Sie mit diesem Artikel beginnen.

Theoretisch ist QPSK ein ausgezeichnetes RF-Kommunikationsschema. Es ist konzeptionell einfach, es überträgt zwei Bits pro Symbol anstelle von einem, und es kann bequem unter Verwendung von I / Q-Modulationstechniken implementiert werden.

Wie immer ist das reale Leben jedoch nicht so sauber und ordentlich wie die theoretische Version. Das spezielle Problem, mit dem wir uns hier befassen, ist eine zusätzliche und unvorhersagbare Phasenverschiebung, die durch eine fehlende Phasen- oder Frequenzsynchronisation zwischen der Senderhardware und der Empfängerhardware eingeführt wird.

Der QPSK-Sender hat einen lokalen Oszillator, der die Sinuswelle erzeugt, die als Trägerwelle verwendet wird. Der Empfänger hat einen lokalen Oszillator, der eine Sinuskurve erzeugt, die beim Demodulieren des ankommenden Signals verwendet wird. Idealerweise haben diese beiden Oszillatoren genau die gleiche Phase und Frequenz.

In der Realität wird es natürlich Diskrepanzen geben. Die Frequenzen lassen sich dank hochpräziser Oszillatoren sehr gut abstimmen, die Synchronisation der Phase ist jedoch nicht so einfach. Ein Phasen- oder Frequenzversatz zwischen dem empfangenen Signal und dem lokalen Oszillator des Empfängers führt zu einem Fehler in der Phase der empfangenen Signale, und dieser Fehler könnte bewirken, dass der Empfänger einem bestimmten Symbol einen falschen Zwei-Bit-Code zuweist.

Es ist möglich, einen Empfänger zu entwerfen, der die Phase und die Frequenz des ankommenden Trägers extrahieren kann. Dieser Prozess ist als Trägerwiederherstellung bekannt und kann verwendet werden, um eine kohärente (dh phasen- und frequenzsynchronisierte) Demodulation zu erreichen. Das Problem ist, kohärente Empfänger sind komplizierter und teurer. Viele Systeme würden von einem Modulationsschema profitieren, das den mit dem Phasen- oder Frequenzoffset verbundenen Fehler vermeidet, jedoch nicht die zusätzlichen Kosten und die Komplexität der Trägerwiederherstellung erfordert.

Hier kommt die differentielle Quadraturphasenumtastung (DQPSK) ins Spiel.

In QPSK werden Informationen durch die absolute Phase jedes Symbols übermittelt. DQPSK hingegen überträgt Informationen, indem eine bestimmte Phase eines Symbols relativ zum vorherigen Symbol festgelegt wird. Das folgende Diagramm veranschaulicht diese Unterscheidung.

Die relative Phase ist einfach die Phase des aktuellen Symbols minus der Phase des vorherigen Symbols. Wenn wir die vier Standard-QPSK-Phasenwerte - 45 °, 135 °, 225 ° und 315 ° - verwenden, werden die DQPSK-Phasenoptionen zu 0 °, 90 °, -90 ° und 180 ° (oder äquivalent zu -180 °). .

Durch Verwenden der relativen Phase anstelle der absoluten Phase wird DQPSK nicht durch einen festen Phasenversatz beeinflusst, der durch fehlende Phasensynchronisation zwischen Sender und Empfänger eingeführt wird; Der feste Offset beeinflusst beide Symbole gleich und wird im Subtraktionsprozess eliminiert. DQPSK ist auch robust gegenüber Frequenzabweichungen zwischen Sender und Empfänger.

Selbst wenn ein Frequenzversatz einen zeitveränderlichen Phasenfehler einführt, bleibt die Differenzphase von einem Symbol zum nächsten genau genug für eine zuverlässige Datenübertragung, solange sich dieser Fehler relativ zur Symbolrate langsam ändert.

Im Vergleich zur Trägerwiederherstellung stellt dieser differentielle Phasendetektionsprozess keine wesentliche Zunahme der Komplexität des Empfängers dar; Dies gilt insbesondere dann, wenn die Umwandlung von analogen Basisbanddaten in digitale Daten in Software erfolgt.

Ein zu beachtender Nachteil ist jedoch der Effekt von Rauschen: theoretisch hätte ein kohärentes QPSK-System eine niedrigere Bitfehlerrate, weil das empfangene Symbol mit einem idealen Referenzsignal verglichen wird, während in DQPSK ein Rauschsymbol mit einem anderen verglichen wird lautes Symbol.