Изучение модуляции дифференциальной квадратурной фазовой манипуляции (DQPSK)
В этом техническом описании объясняется, что такое дифференциальный QPSK и почему он может быть выгодным по сравнению с обычным QPSK.
Вспомогательная информация
Если вы не знакомы с модуляцией QPSK, вы должны начать с этой статьи.
Теоретически QPSK является отличной схемой RF-связи. Это концептуально прямолинейно, он передает два бита на символ вместо одного, и его можно удобно реализовать с использованием методов модуляции I / Q.
Однако, как обычно, реальная жизнь не такая аккуратная и аккуратная, как теоретическая версия. Конкретная проблема, о которой здесь идет речь, - это дополнительный и непредсказуемый сдвиг фазы, вызванный отсутствием фазовой или частотной синхронизации между аппаратурой передатчика и аппаратурой приемника.
Передатчик QPSK имеет локальный генератор, который генерирует синусоиду, используемую в качестве несущей волны. Приемник имеет локальный генератор, который генерирует синусоиду, используемую для демодуляции входящего сигнала. В идеале эти два генератора имеют точно такую же фазу и частоту.
В действительности, конечно, будут расхождения. Частоты могут быть хорошо подобраны благодаря высокоточным осцилляционным устройствам, но синхронизация фазы не так-то просто. Смещение фазы или частоты между принятым сигналом и локальным генератором приемника приведет к ошибке в фазе принятых сигналов, и эта ошибка может привести к тому, что приемник назначит неверный двухбитовый код конкретному символу.
Можно создать приемник, который может извлекать фазу и частоту входящей несущей. Этот процесс известен как восстановление носителей, и его можно использовать для достижения когерентной (то есть фазовой и частотно-синхронизированной) демодуляции. Проблема в том, что когерентные приемники сложнее и дороже. Многие системы выиграют от схемы модуляции, которая позволяет избежать ошибки, связанной с смещением фазы или частоты, но не требует дополнительных затрат и сложности восстановления носителей.
Именно здесь вступает в действие дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция (DQPSK).
В QPSK информация передается по абсолютной фазе каждого символа. DQPSK, напротив, передает информацию, устанавливая определенную фазу одного символа относительно предыдущего символа. Следующая диаграмма иллюстрирует это различие.
Относительная фаза - это просто фаза текущего символа минус фаза предыдущего символа. Если мы используем стандартные четыре значения фазы QPSK - 45 °, 135 °, 225 ° и 315 ° - параметры фазы DQPSK становятся 0 °, 90 °, -90 ° и 180 ° (или, что эквивалентно -180 °), Используя относительную фазу вместо абсолютной фазы, на DQPSK не влияет фиксированное смещение фазы, возникающее из-за отсутствия фазовой синхронизации между передатчиком и приемником; фиксированное смещение одинаково влияет на оба символа и исключается в процессе вычитания. DQPSK также устойчив к несоответствиям частоты передатчика-приемника.
Несмотря на то, что смещение частоты вводит изменяющуюся во времени фазу, пока эта ошибка медленно изменяется относительно скорости передачи символов, дифференциальная фаза от одного символа к следующему будет оставаться достаточно точной для надежной передачи данных.
По сравнению с восстановлением несущей этот процесс дифференциальной регистрации фаз не является существенным увеличением сложности приемника; это особенно актуально, если преобразование из аналоговой базовой полосы в цифровую информацию выполняется в программном обеспечении.
Однако одним из недостатков, которые следует иметь в виду, является эффект шума: теоретически, согласованная система QPSK будет иметь более низкую частоту ошибок в битах, потому что принятый символ сравнивается с идеальным опорным сигналом, тогда как в DQPSK шумный символ сравнивается с другим шумный символ.