تعديل الطور الرقمي: BPSK ، QPSK ، DQPSK

تعديل تردد الراديو
يعد تعديل الطور الرقمي طريقة متعددة الاستخدامات وتستخدم على نطاق واسع لنقل البيانات الرقمية لاسلكيًا.

في الصفحة السابقة ، رأينا أنه يمكننا استخدام اختلافات منفصلة في اتساع أو تردد الناقل كوسيلة لتمثيل الأصفار والأصفار. ليس من المستغرب أن نتمكن أيضًا من تمثيل البيانات الرقمية باستخدام المرحلة ؛ تسمى هذه التقنية بمفتاح إزاحة الطور (PSK).

تقليب التحول الثنائي المرحلة
النوع الأكثر وضوحًا من PSK يسمى مفتاح إزاحة الطور الثنائي (BPSK) ، حيث يشير "ثنائي" إلى استخدام إزاحة مرحلتين (واحدة للارتفاع المنطقي ، والأخرى للخفض المنطقي).

يمكننا أن ندرك بشكل بديهي أن النظام سيكون أكثر قوة إذا كان هناك فصل أكبر بين هاتين المرحلتين - بالطبع سيكون من الصعب على جهاز الاستقبال التمييز بين رمز مع إزاحة طور 90 درجة ورمز مع إزاحة طور لـ 91 درجة. 

لدينا 360 درجة فقط من المرحلة للعمل معها ، لذا فإن الفرق الأقصى بين المرحلتين المنطقية والمرتفعة والمنخفضة هو 180 درجة. لكننا نعلم أن تحويل الجيوب الأنفية بمقدار 180 درجة هو نفسه قلبه. وبالتالي ، يمكننا أن نفكر في BPSK على أنها ببساطة عكس الناقل استجابة لحالة منطقية واحدة وتركها وحدها استجابة لحالة المنطق الأخرى.

لخطوة أخرى ، نعلم أن ضرب الجيب الجيبي بالسالب هو نفسه عكسه. هذا يؤدي إلى إمكانية تنفيذ BPSK باستخدام التكوين الأساسي التالي للأجهزة:

ومع ذلك ، يمكن أن يؤدي هذا المخطط بسهولة إلى انتقالات عالية الانحدار في شكل موجة الموجة الحاملة: إذا حدث الانتقال بين الحالات المنطقية عندما تكون الموجة الحاملة عند قيمتها القصوى ، يجب أن ينتقل جهد الناقل بسرعة إلى الحد الأدنى من الجهد.




الأحداث عالية الانحدار مثل هذه غير مرغوب فيها لأنها تولد طاقة عالية التردد يمكن أن تتداخل مع إشارات RF الأخرى. أيضًا ، تتمتع المكبرات بقدرة محدودة على إنتاج تغيرات عالية الانحدار في جهد الخرج.

إذا قمنا بتحسين التنفيذ أعلاه بميزتين إضافيتين ، يمكننا ضمان الانتقال السلس بين الرموز. أولاً ، نحتاج إلى التأكد من أن فترة البت الرقمية تساوي دورة حاملة كاملة واحدة أو أكثر. 

ثانيًا ، نحتاج إلى مزامنة التحولات الرقمية مع شكل الموجة الحامل. مع هذه التحسينات ، يمكننا تصميم النظام بحيث يحدث تغيير المرحلة 180 درجة عندما تكون إشارة الموجة الحاملة عند (أو قريبة جدًا) من التقاطع الصفري.

 

QPSK
ينقل BPSK بتًا واحدًا لكل رمز ، وهو ما اعتدنا عليه حتى الآن. افترض كل شيء ناقشناه فيما يتعلق بالتشكيل الرقمي أن إشارة الموجة الحاملة قد تم تعديلها وفقًا لما إذا كان الجهد الرقمي منخفضًا والمنطق مرتفعًا ، ويقوم جهاز الاستقبال ببناء البيانات الرقمية من خلال تفسير كل رمز على أنه إما 0 أو 1.

قبل أن نناقش مفتاح تبديل مرحلة التربيع (QPSK) ، نحتاج إلى تقديم المفهوم المهم التالي: لا يوجد سبب يمنع الرمز من نقل بت واحد فقط. صحيح أن عالم الإلكترونيات الرقمية مبني حول دوائر يكون فيها الجهد عند أحد الطرفين أو ذاك ، بحيث يمثل الجهد دائمًا بتة رقمية واحدة. 

لكن الترددات اللاسلكية ليست رقمية. بدلاً من ذلك ، نستخدم أشكال الموجات التناظرية لنقل البيانات الرقمية ، ومن المقبول تمامًا تصميم نظام يتم فيه ترميز أشكال الموجات التناظرية وتفسيرها بطريقة تسمح لرمز واحد بتمثيل وحدتين (أو أكثر).

QPSK هو مخطط تعديل يسمح لرمز واحد بنقل قطعتين من البيانات. هناك أربعة أرقام محتملة ثنائية البايت (00 ، 01 ، 10 ، 11) ، وبالتالي نحن بحاجة إلى أربعة موازنة طورية. مرة أخرى ، نريد أقصى فصل بين خيارات الطور ، وهو في هذه الحالة 90 درجة.

الميزة هي معدل بيانات أعلى: إذا حافظنا على نفس فترة الرمز ، يمكننا مضاعفة معدل نقل البيانات من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال. الجانب السلبي هو تعقيد النظام. (قد تعتقد أن QPSK أيضًا أكثر عرضة لأخطاء البتات من BPSK ، نظرًا لوجود فاصل أقل بين قيم الطور المحتملة. هذا افتراض معقول ، ولكن إذا ذهبت من خلال الرياضيات ، تبين أن احتمالات الخطأ هي في الواقع مشابه جدا.)

المتغيرات
QPSK ، بشكل عام ، مخطط تعديل فعال. ولكن يمكن تحسينه.

يقفز المرحلة
تضمن QPSK القياسية حدوث انتقالات من رمز إلى رمز عالية الانحدار ؛ نظرًا لأن قفزات الطور يمكن أن تكون ± 90 درجة ، لا يمكننا استخدام النهج الموصوف لقفزات الطور 180 درجة الناتجة عن تعديل BPSK.

يمكن تخفيف هذه المشكلة باستخدام أحد متغيري QPSK. إزاحة QPSK ، التي تتضمن إضافة تأخير إلى واحد من اثنين من دفق البيانات الرقمية المستخدمة في عملية التشكيل ، يقلل من قفزة الطور القصوى إلى 90 درجة. خيار آخر هو π / 4-QPSK ، مما يقلل من قفزة الطور القصوى إلى 135 درجة. وبالتالي فإن إزاحة QPSK متفوقة فيما يتعلق بتقليل انقطاعات الطور ، ولكن π / 4-QPSK مفيد لأنه متوافق مع الترميز التفاضلي (سيتم مناقشته في القسم الفرعي التالي).

هناك طريقة أخرى للتعامل مع الانقطاعات من رمز إلى رمز وهي تنفيذ معالجة إضافية للإشارة التي تخلق انتقالات أكثر سلاسة بين الرموز. تم دمج هذا النهج في مخطط تعديل يسمى الحد الأدنى لمفتاح النقل (MSK) ، وهناك أيضًا تحسين على MSK المعروف باسم Gaussian MSK.

ترميز تفاضلي
الصعوبة الأخرى هي أن إزالة التشكيل بأشكال موجية PSK أكثر صعوبة من أشكال موجة FSK. 

التردد "مطلق" بمعنى أنه يمكن دائمًا تفسير تغيرات التردد عن طريق تحليل تغيرات الإشارة فيما يتعلق بالوقت. ومع ذلك ، فإن الطور نسبي بمعنى أنه لا يحتوي على مرجع عالمي - يولد المرسل تغيرات الطور بالإشارة إلى نقطة زمنية ، وقد يفسر جهاز الاستقبال تغيرات الطور بالإشارة إلى نقطة زمنية منفصلة.

المظهر العملي لهذا هو ما يلي: إذا كانت هناك اختلافات بين طور (أو تردد) المذبذبات المستخدمة في التشكيل وإزالة التشكيل ، يصبح PSK غير موثوق به. وعلينا أن نفترض أنه ستكون هناك اختلافات طورية (ما لم يشتمل جهاز الاستقبال على دارات استعادة حاملة).

QPSK التفاضلي (DQPSK) هو متغير متوافق مع أجهزة الاستقبال غير المتسقة (أي أجهزة الاستقبال التي لا تزامن مذبذب التشكيل مع مذبذب التشكيل). 

يقوم نظام QPSK التفاضلي بترميز البيانات عن طريق إنتاج تحول طور معين نسبة إلى الرمز السابق. باستخدام طور الرمز السابق بهذه الطريقة ، تقوم دارات إزالة التشكيل بتحليل طور الرمز باستخدام مرجع مشترك بين المستقبل وجهاز الإرسال.

نبذة عامة
* مفتاح إزاحة الطور الثنائي عبارة عن مخطط تعديل مباشر يمكنه نقل بتة واحدة لكل رمز.

* يعد مفتاح إزاحة الطور التربيعي أكثر تعقيدًا ولكنه يضاعف معدل البيانات (أو يحقق نفس معدل البيانات بنصف عرض النطاق الترددي).

* الإزاحة QPSK و π / 4-QPSK والحد الأدنى من مفاتيح التبديل هي مخططات تعديل تخفف من تأثيرات تغير الجهد من رمز إلى رمز عالي الانحدار.

* يستخدم QPSK التفاضلي فرق الطور بين الرموز المجاورة لتجنب المشاكل المرتبطة بنقص تزامن الطور بين المرسل والمستقبل.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة