Относительная фазовая модуляция

Относительная фазовая (или фазоразностная) модуляция (PSK) является практическим методом реализации приема сигналов с фазовой модуляцией. Перекодировка модулирующего сигнала данных из абсолютного в относительный код позволяет учитывать при декодировании не абсолютные значения фазы сигнала, а ее относительные сдвиги, что устраняет неопределенность решения о значении символа.

Благодаря своей простоте и эффективности PSK получила широкое распространение в цифровых системах передачи. Этому способствовали такие ее свойства, как в 4 раза более высокая скорость по сравнению с ЧМ при равной помехоустойчивости в канале с АБГШ, а при равной скорости передачи информации вдвое большая помехоустойчивость, чем у ЧМ и вчетверо большая, чем у АМ.

Относительная фазовая модуляция является двоичной, или двухпозиционной модуляцией, в которой используются два значения фазового сдвига, отличающихся на 180⁰. Изменения во времени сигналов модулирующего и промодулированного показаны соответственно на рис. 3.1, а и б.

Рисунок 3.1 Фазовая модуляция (PSK). Временные диаграммы: а- модулирующий сигнал; б- модулированный сигнал.

Модуляция 2-PSK тождественна балансной 2-АМ и имеет то же самое сигнальное созвездие, с которым совпадает и диаграмма состояний. В современных цифровых системах передачи применяют сигналы многопозиционной М-PSK, т.е. модуляции с повышенной кратностью К (М = 2^К) по отношению к PSK, кратность которой принята за единицу. Обычно используют наборы сигналов 4-, 8-, 16-PSK, созвездия которых показаны на рис. 3.5,б. Но 8- и 16-PSK проигрывают 2-PSK и 4-PSK по энергетической эффективности, требуя значительно более высокой мощности передатчика для достижения тех же характеристик.

В цифровом телевидении для передачи по спутниковым трактам и в наземном вещании при тяжелых условиях приема используется двукратная, или четырехфазовая модуляция 4-PSK, обеспечивающая наилучший компромисс по соотношению мощность-полоса. Другое название этого вида модуляции, связанное с методом получения модулированного колебания, квадратурная относительная фазовая модуляция (QРSК - Quadrature Phase Shift Keying).

Модуляция QРSК предоставляет необходимый компромисс между скоростью передачи и помехоустойчивостью и применяется как самостоятельно, так и в комбинациях с другими методами. Диаграммы состояний модуляции QРSК и офсетной дифференциальной QРSК (S-DQРSК) показаны на рис. 3.2.

Рисунок 3.2 Диаграммы состояния сигналов QРSК(а) и S-DQРSК(б)

При реализации дифференциального кодирования в сочетании со сдвигом несущей на π/4 сигнальное созвездие формируется двумя четырехточечными созвездиями QРSК, наложенными со сдвигом 45⁰. В результате в сигнале присутствуют восемь фазовых сдвигов, причем фазы символов выбираются поочередно то из одного созвездия QРSК, то из другого. Последовательные символы имеют относительные фазовые сдвиги, соответствующие одному из четырех углов: ±π/4 и ±3π/4.

Структурная схема модулятора QРSК показана на рис. 3.3. Входной поток данных D разделяется на два параллельных потока А и В, которые затем в преобразователе кода (ПК) перекодируются в относительный код двух каналов (компонентов) . Цифровые потоки подвергаются сглаживанию в формирующих фильтрах (ФФ), выходные сигналы которых I и Q непосредственно управляют работой четырёхфазового модулятора, состоящего из двух балансных модуляторов и сумматора.

Рисунок 3.3 Структурная схема модулятора QРSК

Фазовый сдвиг несущих в каналах I и Q‚ равен 90⁰. Правило кодирования фазовых сдвигов показано в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Кодирование фазовых сдвигов QРSК

Способ модуляции PSK применяется в случаях, когда необходимо сохранить постоянной амплитуду передаваемого сигнала или исключить амплитуду из числа параметров, изменяемых в процессе модуляции. Это бывает важно, например, при передаче сигна­ла со спутника.