|
PSK (Phase-Shift Keying) – modularea digitală, denumită la modul curent codarea cu comutarea fazei. Codarea înseamnă că procesul de modulare constă în comutarea parametrilor semnalului periodic, care în acest caz este faza Datele sunt reprezentate utilizând modificări discrete în faza undei purtătoare. Numărul de modificări poate fi aleatoriu și de obicei este egal cu numărul 2 la o anumită putere – astfel se pot diferenția tipurile de modulație PSK, cum ar fi de exemplu BPSK și varianta acesteia DBPSK sau QPSK și varianta acesteia DQPSK.
|
|
Diagrama constelației (graficul deplasării de fază) este prezentarea grafică a semnalului care a fost prelucrat prin modulare digitală. Acesta se compune din punctele de constelație. În baza acestuia poate fi evaluată calitatea semnalului transmis.
|
|
Semnalul modulat care a fost supus procesului de transmisie, în afara informațiilor utile conține și bruiaje, interferențe și erori. Pentru ca demodulatorul să poată demodula bitul de semnal util, simbolul recepționat trebuie să fie adaptat la punctul adecvat de constelație (bit). În alte situații, semnalul recepționat va fi eronat.
|
|
Figura 1. Diagrama constelației: (a) semnalul util ideal, (b) semnalul eronat – pe exemplul de modulare 8-PSK
|
|
BPSK și DBPSK
|
|
BPSK (Binary Phase Shift Keying – modularea binară cu codarea fazei) – modularea coerentă, adică care necesită utilizarea sincronizării între transmițător și receptor. În cadrul acestei modulări sunt utilizate două valori care pot fi preluate de fază: –180° și +180°, ceea ce a fost codat în cadrul unui bit în cod binar ca „0” sau „1” logic.
|
|
Figura 2. Diagrama constelației BPSK
|
|
DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying – modularea binară diferențială cu codarea fazei) – la fel ca și în cazul BPSK, în această modulare sunt utilizate două valori care pot fi preluate de fază: –180° și +180°, ceea ce în cod binar semnifică „0” sau „1” logic.
|
|
Diferența dintre BPSK și DBPSK constă în informația transmisă, care nu mai este faza, ca în cazul BPSK, ci informație despre schimbarea fazei semnalului de transmitere. Diagrama constelației DBPSK este identică cu diagrama constelației BPSK, deoarece ambele tipuri de modulare sunt binare. Un singur punct al constelației (o valoare digitală/binară de schimbare a fazei) este codată într-un singur bit „0” sau „1”.
|
|
Viteza de modulare BPSK și DBPSK este identică: 1 Mbit/s.
|
|
Utilizarea BPSK/DBPSK: routere Wi-Fi, puncte de acces.
|
|
QPSK și DQPSK
|
|
Modularea QPSK (Quaternary Phase Shift Keying – modularea cuaternară cu codarea fazei) – se caracterizează prin patru valori de comutare a fazei, care pot fi –45°, –135°, +45° sau +135° (comutare a câte 90°), ceea ce în cod binar a fost salvat pe doi biți: 00, 01, 11 sau 10. Desenul de mai jos prezintă diagrama constelației QPSK, care se compune din patru puncte de constelație. Fiecare punct al constelației este codat pe doi biți.
|
|
Figura 3. Diagrama constelației QPSK
|
|
Modulațiile cuaternare (QPSK/DQPSK) se diferențiază prin utilizarea a două variabile independente, din acest motiv diagramele constelațiilor acestora conțin de două ori mai multe puncte de constelație decât modulele binare (BPSK/DBPSK).
|
|
Modularea DQPSK (Differential Quaternary Phase Shift Keying –modularea diferențiară cuaternară cu codarea fazei) – diferența de bază între QPSK și DQPSK constă în faptul că în punctele de constelație este stocată informația despre schimbarea fazei semnalului de transmitere (și nu a fazei – cum se întâmplă în cazul QPSK). Diagrama constelației DQPSK este identică cu diagrama constelației QPSK, deoarece ambele tipuri de modulare sunt cuaternare. Un singur punct al constelației este codat pe doi biți având valorile 00, 01, 11 sau 10.
|
|
Receptorul DQPSK este astfel construit pentru a compara faza semnalului actual cu semnalul recepționat anterior. Dacă va rezulta faptul că faza nu s-a schimbat, semnalul va fi stocat ca și punctul 00 în diagrama constelației (zero logic). Totuși, dacă faza s-a schimbat, semnalul va fi stocat ca și 01, 11 sau 10 în funcție de valoarea schimbării fazei.
|
|
Numărul dublu de puncte de constelație QPSK/DQPSK poate fi interpretat ca și posibilitatea de transmitere a unei cantități de date de două ori mai mari în același timp – în comparație cu sistemele BPSK/DBPSK. Aceasta se întâmplă deoarece pentru sistemele QPSK/DQPSK s-a prevăzut un număr de două ori mai mare de biți. Viteza de modulare QPSK și DQPSK este identică: 2 Mbit/s.
|
|
Utilizarea QPSK / DQPSK: routere Wi-Fi, puncte de acces, instrumente de măsurare satelit, instrumente de măsurare universale, modulatoare DVB-T, instrumente de măsurare a semnalului DVB-T.
|
|
Metodele de sincronizare a modulării PSK
|
|
Metodele BPSK și QPSK necesită sincronizarea între transmițător și receptor – aceste metode sunt numite și metode coerente. Condițiile atmosferice, bruiajele, interferențele, precum și schimbările valorii tensiunii de alimentare influențează negativ semnalul util transmis și îl distorsionează. La transmiterea semnalului prin intermediul undelor radio la distanțe mai mari, păstrarea sincronizării poate să nu mai fie posibilă. Din acest motiv, metodele coerente sunt dedicate căilor de transmisie scurte.
|
|
Utilizarea metodelor de codare diferențială a fazei (DPSK/DBPSK/DQPSK) permite eliminarea acestei probleme. Aceste mecanisme se numesc necoerente (nu necesită sincronizare). În receptorul necoerent sunt comparate fazele fiecărui semnal recepționat cu faza semnalului recepționat anterior. Acest proces necesită stocarea unei valori a bitului/biților în receptor, ceea ce în faza de construcție a receptorului nu constituie o problemă specială. Receptoarele necoerente au o construcție mult mai simplă, fiind așadar relativ și mult mai ieftine.
|
|
Tab. 1. Compararea parametrilor modulării BPSK, DBPSK, QPSK și DQPSK
|
|
* bps – bit/simbol
|
|
Când se compară cele patru metode de modulare descrise, se observă că cea mai eficientă dintre acestea este DQPSK. În cazul acestei metode raportul dintre energia pentru un bit și densitatea atenuării este cel mai ridicat. În practică aceasta înseamnă că semnalul modulat cu ajutorul metodei DQPSK este cel mai rezistent la bruiaje, interferențe și erori. Adițional, DQPSK nu necesită sincronizarea între transmițător și receptor, iar datorită posibilității de a stoca informația simplă pe doi biți este o metodă mult mai eficientă față de DBPSK din punctul de vedere al benzii.
|
|
Trebuie să se sublinieze faptul că metodele de modulare standard (BPSK, QPSK) nu necesită un coeficient SNR ridicat, dar nu au posibilitatea de a efectua transmisii rapide. Vitezele mai mari de transmitere a datelor pot fi atinse numai atunci când valoarea coeficientului SNR este la un nivel ridicat.
|
|
Reasumând, se poate susține clar ideea că metoda de codare diferențială a fazei este o îmbunătățire a metodei standard de modulare PSK.
|