Фазова маніпуляція
Фазова маніпуляція (ФМн, англ. Phase-shift keying (PSK)) - один з видів фазової модуляції, при якій фаза несучого коливання змінюється стрибкоподібно в залежності від інформаційного повідомлення.
Дискретна фазова маніпуляція є оптимальною когерентною системою передачі двійкових сигналів. У порівнянні з ЧМн застосування ФМн забезпечує при однаковій завадостійкості приблизно дворазовий виграш по потужності і такий же виграш по смузі частот, займаної сигналом. У двійкових системах: ФМ різниця фаз маніпулюваних сигналів вибирається рівною 180градусів. Оскільки при ФМн необхідно отримувати інформацію про фазу сигналу, то тут обов'язково використовується метод когерентного прийому.
Для передачі "0", наприклад, може бути використана початкова фаза 0 градусів, а для "1" - 180 градусів. Цей вид маніпуляції більш складний у реалізації, але разом з тим і найбільш завадостійкий з трьох. Одним із основних недоліків фазової маніпуляції є ефект "зворотної роботи" в фазовому детекторі (пристрої, що виділяє з маніпульованого сигналу інформаційний), коли помилка в одному символі може призвести до помилкового детектування всіх наступних символів. Цей небажаний ефект був усунений з використанням відносно фазової маніпуляції (ВФМн). Її принцип полягає в тому, що фаза символу визначається не тільки поточним значенням інформаційного сигналу, але і значенням попередніх символів. Другим істотним недоліком фазової маніпуляції є необхідність широкої смуги пропускання для передачі фазоманіпульованого сигналу. Широка смуга, необхідна для передачі такого сигналу, обумовлена розширенням спектру через різкі переходи між фазою попереднього і наступного символу (рис. 4).
Рис. 4 Приклад фазової модуляції сигналу
Існують і інші варіанти фазової маніпуляції, які приносять ті чи інші позитивні властивості. Таким чином, фазова маніпуляція знайшла найбільше застосування в системах зв'язку виключно за рахунок низької частки фазових перешкод у загальній частці небажаних зовнішніх впливів.
ФМ сигнал має такий вигляд:
Якщо M = 2, то фазова маніпуляція називається двійковій фазової маніпуляцією ((BPSK, B-Binary - 1 біт на 1 зміну фази), якщо M = 4 - квадратурною фазовою маніпуляцією (QPSK, Q-Quadro - 2 біти на 1 зміну фази) , M = 8 (8-PSK - 3 біти на 1 зміну фази) і т. д.
Двійкова фазова маніпуляція (англ. BPSK - binary phase-shift keying) - найпростіша форма фазової маніпуляції. Робота схеми двійковій ФМн полягає у зміщенні фази несучого коливання на одне з двох значень, нуль або π (180 °). Двійкову фазову маніпуляцію можна також розглядати як окремий випадок квадратурної маніпуляції (QAM-2).
Рис. 5 Фазова зірка для ФМн-2
При квадратурной фазовій маніпуляції (англ. QPSK - Quadrature Phase Shift Keying або 4-PSK) використовується сузір'я з чотирьох точок, розміщених на рівних відстанях на колі. Використовуючи 4 фази, в QPSK на символ доводиться два біти, як показано на малюнку. Аналіз показує, що швидкість може бути збільшена в два рази в порівнянні з BPSK при тій же смузі сигналу, або залишитись незмінною при зменшенні смуги вдвічі.
Хоча QPSK можна вважати квадратурною маніпуляцією (QAM-4), іноді її простіше розглядати у вигляді двох незалежних модульованих переносниках, зсунутих на 90 °. При такому підході парні (непарні) біти використовуються для модуляції синфазної складової I, а непарні (парні) - квадратурної складової несучої Q. Так як BPSK використовується для обох складових несучої, то вони можуть бути демодульованого незалежно.
Рис. 6 Фазова зірка для квадратурної ФМн.
π/4-QPSK
Рис. 7 Фазова зірка для квадратурної π / 4 ФМн.
Тут зображені два окремих сузір'я з використанням кодування Грея, які повернені на 45 ° відносно один одного. Зазвичай, парні і непарні біти використовуються для визначення точок відповідного сузір'я. Це призводить до зменшення максимального стрибка фази з 180 ° до 135 °.