Фазовая модуляция

Рис. 1: «Красные» синусоидальные колебания задерживаются на четверть периода по сравнению с «синими» синусоидальными колебаниями. В сложном двустороннем частотном спектре это проявляется как поворот на 90 ° двух спектральных линий, которые представляют несущую.

Фазовой модуляции представляет собой метод , посредством которого аналоговый или цифровой сигнал по каналу связи передается. Фазовая модуляция тесно связана с частотной модуляцией . Обе модуляции относятся к группе методов угловой модуляции .

Аналоговая фазовая модуляция

В случае фазовой модуляции модулированный сигнал передачи обычно может быть представлен частотой передачи , частота которой изменяется только до определенной степени, когда частота полезного сигнала, подлежащего передаче, изменяется с течением времени. Это изменение частоты приводит к фазовому сдвигу между сигналом передачи и исходной частотой передачи . Если f _s постоянна во времени, выводится частота передачи . Математически это соотношение можно описать следующим образом с любой действительной константой k: ${\ displaystyle f_ {0}}$${\ displaystyle f_ {s}}$${\ displaystyle f_ {0} (т)}$${\ displaystyle f_ {0} (t = 0)}$${\ displaystyle f_ {0}}$

${\ displaystyle f_ {0, PM} (t) = f_ {0} + kf_ {s} '(t) \}$

${\ displaystyle k}$- это коэффициент, который указывает, насколько должна измениться фаза передаваемого сигнала в зависимости от полезного сигнала, и является типом индекса фазовой модуляции . Выражение описывает производную по времени передаваемого полезного сигнала. Модулированный сигнал передачи приводит к: ${\ displaystyle f_ {s} '(t)}$

${\ Displaystyle м (т) = \ соз \ влево (2 \ пи f_ {0} t + 2 \ пи kf_ {s} (т) \ вправо) \}$

Второе слагаемое можно визуализировать следующим образом: мгновенные значения полезного сигнала в определенные моменты времени фактически регулируют фазовый угол функции косинуса , от которой происходит название этого типа модуляции. ${\ displaystyle f_ {s} (t)}$

Практическое применение

Тот факт, что этот метод используется редко, в первую очередь связан с фундаментальной трудностью, которую, по крайней мере, до появления интегральных схем, можно было преодолеть только со значительными усилиями: приемник должен иметь фазосинхронную "копию" немодулированной частоты передачи. ; он определяет фазовый сдвиг, сравнивая этот опорный сигнал с принятым сигналом. ${\ displaystyle f_ {0}}$

Таким образом, фазовая модуляция стала существенной только для практического применения с методами цифровой передачи, где синхронизация и демодуляция могут быть решены с помощью петли Костаса .

Цифровая фазовая модуляция

Фазовая манипуляция ( англоязычная фазовая манипуляция, сокращенно PSK ) представляет собой цифровую форму фазовой модуляции.Синусоидальные колебания несущей переключаются дискретными фазовыми шагами потоком цифровых данных, который должен быть передан. Обозначения для цифровых модуляций основаны на их свойствах во время выборки на стороне приемника. Ключ означает (переключать) клавиши, производные от слова «Ключ», которое также является названием клавиши Морзе.

Самая простая форма - это двоичная фазовая манипуляция (BPSK) с двумя фазовыми состояниями. При квадратурной фазовой манипуляции (4-PSK или QPSK) 2 бита передаются на символ, при 8-PSK передаются 3 бита на символ. Например, 4-PSK используется при передаче факсимильных сообщений по телефонной сети.

Если фазовая манипуляция комбинируется с амплитудной манипуляцией (ASK), результатом является квадратурная амплитудная модуляция (QAM).

Примеры

Рис.4: BPSK с программной клавиатурой, посередине диапазон времени переключения

Тональный сигнал факса (см. Текст) ^{? / я}

Образец звука - это ответ на вызов факса . Первый сигнал представляет собой чистый синусоидальный тон, на который несколько раз накладывается трескающий шум. Это сдвиг фазы на 180 °, см. Рисунок. Он может передавать информацию ровно одного бита. Поэтому это называется двоичным фазовым сдвигом ( называется двоичной фазовой манипуляцией ).

При фазовом сдвиге 90 ° можно кодировать 4 различных состояния: 0 °, + 90 °, -90 ° и 180 ° ( квадратурная фазовая манипуляция или четвертичная фазовая манипуляция или QPSK ). При кратном 45 ° имеется 8 состояний или 3 бита ( восьмеричная фазовая манипуляция или OPSK). В общем, говорят о множественной фазовой манипуляции или MPSK.

веб ссылки

• Цифровые и аналоговые методы модуляции ( PDF ; 282 кБ)