М-позиционная фазовая манипуляция

По аналогии с ДЧТ, при фазовой манипуляции также возможна двухканальная работа. В этом случае, аналогично таблице 11.1, ситуация в каналах кодируется соответствующим фазовым сдвигом (см. табл. 11.2).

Таблица 11.2

Канал 1	Канал 2	Фаза (φ)
		00
		900
		1800
		2700

По этому алгоритму может осуществляться и трёх и четырёх-канальная ФТ, или ОФТ. При числе каналов N=3, вектор несущего колебания будет занимать 8 позиций (уровней); при N=4 – 16 позиций и т.д. В общем случае N – канальная ФТ потребует М=2^N позиций. Соответствующий вид фазовой манипуляции обозначают как ФТ- М или ОФТ-М (например, ОФТ-4, или ОФТ-8). Обозначение одноканальной фазовой манипуляции может иметь обозначение ОФТ- 2 .

В современных телекоммуникационных системах М – позиционная ОФТ используется для снижения частоты манипуляции при одноканальной работе. Рассмотрим эту возможность на примере ФТ -4 (предполагается, что для перехода на ОФТ перекодируется исходный цифровой сигнал). Структурная схема манипулятора в этом случае представлена на рисунке 11.15.

На этом рисунке приняты следующие обозначения: ЭКУ - электронный коммутатор – удлинитель; КФ – кодер фазы; ФМ – перемножитель (фазовый манипулятор); Σ – сумматор.

Рисунок 11.15 – Структурная схема манипулятора 4-ФТ

Принцип действия манипулятора иллюстрируется рисунком 11.16.

В электронном коммутаторе исходный цифровой сигнал bn разделяется на два потока чётных b(2n) и нечётных b(2n-1) битов, и каждый бит удлинняется во времени в два раза. В блоке кодера фазы формируются ортогональные сигналы I и Q, которые определяют координаты вектора несущей согласно таблице 11.2

Рисунок 11.16 – Формирование сигнала 4-ФТ(QPSK)

Далее используется схема аналогичная фазо-разностному методу формирования однополосного сигнала.

S(t) = Q·cosωt - I·sinωt = S·cos(ωt + φ)

где

;

На практике число позиций М ≤ 8, т.к. при больших значениях «М» ФТ и ОФТ существенно проигрывают более совершенным методам квадратурной амплитудно-фазовой манипуляции (КАМ).

К числу недостатков ФТ-4 (ОФТ-4, Differential Quadrature Phase Shift Keying -DQPSK) следует отнести наличие скачка фазы на 180⁰ при переходе от ситуации 0/0 к 1/1 или от 1/1 к 0/0. Такие скачки фазы, при прохождении сигнала через узкополосные тракты, вызывают паразитную амплитудную модуляцию, что приводит к снижению помехоустойчивости.

Устранить такие скачки фазы удаётся при 4-х позиционной относительной фазовой манипуляции с дополнительным фазовым сдвигом π/4 (π/4DQPSK). Структурная схема манипулятора в этом случае не отличается от рис. 11.15, однако кодер фазы в этом случае работает иначе. Результат его работы представлен на рисунке 11.17 и соответствует алгоритму представленному в таблице 11.3

Таблица 11.3

b(2n-1)	b(2n)	Δφ
		π/4
		3π/4
		-3π/4
		-π/4

В отличие от ФТ – 4 при манипуляции π/4DQPSK отсчёт фазы Δφ ведётся не от фиксированной позиции 0/0, а от предшествующей позиции, как показано на векторной диаграмме. Эта диаграмма фактически состоит из двух диаграмм ОФТ – 4 сдвинутых по фазе на 45⁰ (отсюда название «со сдвигом π/4»).

Рисунок 11.17 – Формирование сигнала π/4DQPSK

Минимальный фазовый сдвиг при π/4DQPSK в 2 раза меньше, чем в случае 4-ФТ. Однако это не сказывается на помехоустойчивости, т.к. каждый следующий скачёк фазы происходит с переходом на другую, сдвинутую на 45⁰, диаграмму векторов. При оптимальном приёме это обстоятельство учитывается автоматически и не вызывает снижения помехоустойчивости. Вместе с тем, изменение фазы на 180⁰ в этом случае полностью исключается. На выходе манипулятора π/4DQPSK сигнал принимает вид

S(t) = Q·cosωt - I·sinωt = S·cos(ωt + φк-1+Δφ)

Здесь φк-1 - значение фазы предшествующее приращению Δφ.

Ещё один метод, получивший название квадратурной относительной фазовой манипуляции со смещением (4-ФТс), также позволяет исключить скачки фазы от 0 на 180⁰ (или от 180⁰ на 0⁰). По международной терминологии этот вид манипуляции называется Offset Quadrature Phase Shift Key (OQPSK). Отличие OQPSK от ФТ-4 состоит в том, что ортогональные сигналы Q и I не кодируются в соответствии с сочетанием чётных и нечётных битов, а полностью им соответствуют в биполярной форме (см . рис.11.18).

Рисунок 11.18 – Квадратурная фазовая манипуляция со смещением

Таким образом, фазовая манипуляция на рисунке 11.15 осуществляется только нечётными (Q), или только чётными (I ) битами в биполярной форме. Поскольку в каждом тракте после ЭКУ битовая частота снижается в два раза, а сигналы в них взаимно независимы (ортогональны), полоса частот, занимаемая выходным сигналом, после сумматора останется такой же, как при ФТ-4. Звезда векторов при такой манипуляции не принимает значений 0 и 180⁰, поэтому глубоких провалов в сигнале OQPSK не бывает. Эта особенность поясняется рисунком 11.19, где представлены переходы фазы с приращением в 180⁰ при QPSK и OQPSK.

Рисунок 11.19 – Скачки фазы при QPSK и OQPSK c приращением 180⁰