Модуляция непрерывной фазы

Непрерывная фазовая модуляция ( CPM ) - это метод модуляции данных, обычно используемый в беспроводных модемах . В отличие от других методов когерентной цифровой фазовой модуляции , где фаза несущей резко сбрасывается до нуля в начале каждого символа (например, M- PSK ), с CPM фаза несущей модулируется непрерывным образом. Например, при использовании QPSK несущая мгновенно переходит от синуса к косинусу (т.е. с фазовым сдвигом на 90 градусов ) всякий раз, когда один из двух битов сообщениятекущего символа отличается от двух битов сообщения предыдущего символа. Этот разрыв требует, чтобы относительно большой процент мощности происходил за пределами намеченной полосы (например, высокая относительная внеполосная мощность ), что приводит к плохой спектральной эффективности . Кроме того, CPM обычно реализуется как сигнал с постоянной огибающей , т. Е. Мощность передаваемой несущей постоянна. Следовательно, CPM является привлекательным, потому что непрерывность фазы дает высокую спектральную эффективность, а постоянная огибающая дает превосходную энергоэффективность. Основным недостатком является высокая сложность реализации, необходимая для оптимального приемника.

Фазовая память [ править ]

Каждый символ модулируется путем постепенного изменения фазы несущей от начального значения до конечного значения в течение продолжительности символа. Модуляция и демодуляция CPM усложняется тем фактом, что начальная фаза каждого символа определяется совокупной полной фазой всех предыдущих переданных символов, которая известна как фазовая память . Следовательно, оптимальный приемник не может принимать решения по какому-либо изолированному символу без учета всей последовательности переданных символов. Для этого требуется оценщик последовательности максимального правдоподобия (MLSE), который эффективно реализуется с использованием алгоритма Витерби .

Фазовая траектория [ править ]

Манипуляция с минимальным сдвигом (MSK) - другое название CPM с избыточной полосой пропускания 1/2 и линейной фазовой траекторией . Хотя эта линейная фазовая траектория является непрерывной, она не является гладкой, поскольку производная фазы не является непрерывной. Спектральная эффективность CPM может быть дополнительно улучшена за счет использования плавной фазовой траектории. Обычно это достигается путем фильтрации фазовой траектории перед модуляцией, обычно с использованием приподнятого косинуса или фильтра Гаусса . Фильтр с приподнятым косинусом имеет смещение нулевых пересечений ровно на время одного символа, поэтому он может дать сигнал CPM с полным откликом, который предотвращает межсимвольные помехи (ISI).

Цена за тысячу показов для частичного ответа [ править ]

Сигнализация с частичным ответом, такая как двубинарная сигнализация , является формой преднамеренной ISI, когда определенное количество соседних символов мешает каждому символу управляемым образом. MLSE необходимо использовать для оптимальной демодуляции любого сигнала в присутствии ISI. Когда величина ISI известна, например, с любой схемой сигнализации с частичным ответом, MLSE может использоваться для определения точной последовательности символов (при отсутствии шума). Поскольку для оптимальной демодуляции CPM с полным откликом уже требуется обнаружение MLSE, использование сигнализации с частичным откликом требует небольшой дополнительной сложности, но может обеспечить сравнительно более плавную фазовую траекторию и, таким образом, еще большую спектральную эффективность. Одной из чрезвычайно популярных форм CPM с частичным ответом является GMSK , которая используется GSM.в большинстве мобильных телефонов второго поколения в мире. Он также используется в 802.11 FHSS, Bluetooth и многих других проприетарных беспроводных модемах.

Непрерывная фазовая частотная манипуляция [ править ]

Непрерывная фазовая частотная манипуляция (CPFSK) - это широко используемый вариант частотной манипуляции (FSK), которая сама по себе является частным случаем аналоговой частотной модуляции . FSK - это метод модуляции цифровых данных на синусоидальной несущей , кодирования информации, присутствующей в данных, с изменением мгновенной частоты несущей между одной из двух частот (называемой пространственной частотой и частотой метки ). В общем, стандартный сигнал FSK не имеет непрерывной фазы, так как модулированный сигнал мгновенно переключается между двумя синусоидами с разными частотами.

Как следует из названия, фаза CPFSK на самом деле непрерывна; этот атрибут желателен для сигналов, которые должны передаваться по каналу с ограниченной полосой пропускания , поскольку разрывы в сигнале вносят широкополосные частотные компоненты. Кроме того, некоторые классы усилителей демонстрируют нелинейное поведение при работе с почти прерывистыми сигналами; это может оказать нежелательное влияние на форму передаваемого сигнала.

Теория [ править ]

Если конечный цифровой сигнал, который должен быть передан (сообщение), равен m ( t ), то соответствующий сигнал CPFSK будет

${\displaystyle s(t)=A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+D_{f}\int _{-\infty }^{t}m(\alpha )d\alpha \right)\,}$

где A _c представляет собой амплитуду сигнала CPFSK, f _c - базовая несущая частота , а D _f - параметр, который контролирует девиацию частоты модулированного сигнала. Интеграл расположен внутри косинуса «s аргумент это то , что дает сигнал ЧМ - НФ свою непрерывную фазу; интеграл по любой конечнозначной функции (которой предполагается, что m ( t )) не будет содержать разрывов. Если предполагается, что сигнал сообщения является причинным , то пределы интеграла изменяются до нижней границы нуля и верхней границы t.

Обратите внимание, что это не означает, что m ( t ) должно быть непрерывным; Фактически, наиболее идеальные формы сигналов цифровых данных содержат неоднородности. Однако даже прерывистый сигнал сообщения будет генерировать правильный сигнал CPFSK.

См. Также [ править ]

• МСК

Ссылки [ править ]

Обозначения для формы волны CPFSK были взяты из:

• Леон В. Коуч II , "Цифровые и аналоговые системы связи, 6-е издание" , Prentice-Hall, Inc., 2001 . ISBN  0-13-081223-4
• [1] С. Ченг, Р. Айер Сехшадри, М.К. Валенти и Д. Торриери, Возможности некогерентной частотной манипуляции с непрерывной фазой, в Proc. Конф. на Инфо. Sci. и Sys (СНПЧ) , (Балтимор, Мэриленд), март 2007 г.
• Калькулятор минимального расстояния CPM (граница MLSE / MLSD)