Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)

Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK). QPSK модуляция строится на основе кодирования двух бит передаваемой информации одним символом. При этом символьная скорость в два раза ниже скорости передачи информации. Для того чтобы понять как один символ кодирует сразу два бита рассмотрим рисунок 4.

Рис 4 Векторная диаграмма QPSK-сигнала

Квадратурный канал в случае с BPSK всегда равен нулю. Точки на векторной диаграмме образуют созвездие фазовой манипуляции. Для того чтобы осуществить кодирование одним символом двух бит информации, необходимо, чтобы созвездие состояло из четырех точек, как это показано на векторной диаграмме QPSK рисунка 4. Тогда мы получим, что и отличны от нуля, все точки созвездия расположены на единичной окружности. Тогда кодирование можно осуществить следующим образом: разбить битовый поток на четные и нечетные биты, тогда будет кодировать четные биты, а – нечетные. Два последовательно идущих друг за другом бита информации кодируются одновременно синфазным и квадратурным сигналами. Это наглядно показано на осциллограммах, приведенных на рисунке для информационного потока «1100101101100001».

Рис 5 Синфазная и квадратурная составляющие QPSK сигнала

На верхнем графике входной поток разделен на пары бит, соответствующих одной точке созвездия QPSK, показанного на рисунке 5. На втором графике показана осциллограмма, соответствующая передаваемой информации. Если четный бит равен 1 (обратите внимание что биты нумеруются с нуля, а не с единицы, поэтому первый в очереди бит имеет номер 0, а значит он четный по порядку), и если четный бит 0 (т.е.). Аналогично строится квадратурный канал но только по нечетным битам. Длительность одного символа в два раза больше длительности одного бита исходной информации. Устройство выполняющее такое кодирование и согласно созвездию QPSK условно показано на рисунке 6.

Рис 6 Устройство кодирования синфазной и квадратурной составляющих на основе созвездия QPSK

В зависимость от пары бит на входе на выходе получаем постоянные в пределах длительности этой пары бит сигналы и, значение которых зависит от передаваемой информации.

DQPSK – дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция. Ее отличие от QPSK заключается в том, что информация передается не абсолютным установившимся значением, а переходом между установившимися значениями. В некоторых случаях накладываются ограничения на допустимые переходы. Например, в модуляции π/4 DQPSK траектория сигнала не проходит через начало координат.

Рис 7  Диаграмма расположения битов в π/4 DQPSK модуляции

Рис 8 Диаграмма созвездия и спектр π/4 DQPSK модуляции

π/4 DQPSK модуляция широко используется в различных системах, например:

•   Сотовые системы NADC-IS-54 и PDC.

•   Беспроводные системы PHS.

•   Транковые системы TETRA.

Выбор разрядности АЦП

В соответствии с техническим заданием, диапазон изменения входного сигнала равен 60 дБ.

В АЦП происходит квантование сигнала, сигнал округляется до ближайшего уровня, следовательно, чем больше будет уровней квантования, тем меньше будет шум квантования (ошибка, связанная с разницей между исходным и квантованным сигналом). Необходимо выбрать оптимальную разрядность АЦП.

Минимальное отношение сигнал/шум на выходе АЦП составляет 10 дБ.

R_p = 60 + 10 = 70 дБ

q _АЦП = R_p /6,02 = 11,62

Разрядность АЦП примем равной 12.