2. Фазовая манипуляция (Phase shift keying – psk)

Информация преобразуется в видеосигнал который может быть однополярным или биполярным, как показано на рис. 5,

Рис. 5. Напряжение видеосигнала (а – однополярное, б – биполярное).

Длительность импульса, соответствующая логическому 0 или логической 1, равна Напряжение радиосигнала в векторном виде

(t) = U t + ),

где U , – амплитуда и частота несущих колебаний, – начальная фаза. Каждому импульсу длительностью соответствует определенная начальная фаза. В простейшем случае при передаче логической 1 = 0 , а при передаче 0 = радиан.

Напряжение радиосигнала в квадратурной форме

Q(t) ,

где , Q(t) - действительная и мнимая части комплексной огибающей радиосигнала

t) = U(t) = I(t) + jQ(t):

I(t) = U(t) (1)

Q(t) = U(t) (2)

Виды фазовой манипуляция

Бинарная фазовая манипуляция (BPSK, Binary phase shift keying)

Модуляция, в которой начальная фаза имеет 2 значения, называется двоичной, или бинарной фазовой манипуляцией. Напряжение радиосигнала при модуляции BPSK показано на рис. 6.

1 0 0 1 0 1 1 0

Рис. 6 . Напряжение радиосигнала при двоичной фазовой манипуляции.

Для того, чтобы скачок фазы происходил, как показано на рис.2, необходимы следующие условия:

1. длительность импульса должна быть равна целому числу периодов несущей частоты,

2. несущая частота должна быть синхронизирована с тактовой частотой.

В противном случае, зависимость мгновенной фазы от времени в моменты скачков будет иметь весьма высокую крутизну, что приведет к возрастанию высших гармоник несущей частоты.

Дифференциальная (относительная) фазовая манипуляция, DPSK

Для достоверного приема информации требуется синхронизация по фазе синтезатора передатчика и гетеродина приемника. Чтобы исключить ошибки при приеме информации применяется дифференциальная фазовая манипуляция (Differential phase shift keying, DPSK). Информационному знаку 0 или 1 соответствует не определенная начальная фаза, а ее изменение. Например, если при передаче 0 следует 0, фаза радиосигнала остается прежней, если следующий знак 1, фаза изменяется на радиан – рис.7.

Рис. 7. Изменение фазы несущих колебаний в дифференциальной фазовой манипуляции.

Квадратурная фазовая манипуляция ( Quadrature Phase Shift Keying , QPSK)

При бинарной фазовой манипуляции для передачи 0 и 1 имеется два значения начальной фазы. В импульсе, соответствующему одному биту информации, начальная фаза может принимать значения 0 или радиан. Скорость передачи информации равна бит/с, а ширина основного лепестка спектра радиосигнала . С целью увеличения скорости передачи информации возможно за время передавать не один бит информации, а два. При этом, каждое начальное значение фазы соответствует не одному знаку последовательности 100111001…, а двум, стоящим рядом, 10, 01, 11, 00. Каждому сдвоенному знаку должно соответствовать 4 значения начальной фазы, например,

, , - , - .

Рис. 8. Последовательность символов при модуляции QPSK.

На рис. 8 приведено соответствие начальных фаз сдвоенным информационным символам в модуляции QPSK. Одно значения фазы называется символом. Если длительность символа двойного знака установлена равной длительности импульса, эквивалентного одному биту, то скорначальной фазы,ость передачи информации увеличивается в 2 раза. Если же длительность импульса, передающего 1 бит в секунду, прежняя в BPSK и QBSK, то длительность символа больше и ширина основного лепестка спектра радиосигнала в 2 раза уже.

Многопозиционная фазовая манипуляция (M-PSK)

Для увеличения скорости информации или большего уменьшения ширины гланого лепестка спектра возможно каждое знначение начальной фазы сопоставить большему количству знаков цифровой последовательности. Число значений начальных фаз равно , где n – количество знаков. Ели в течение импульса , соответствующего 1 биту, передавть информацию трех рядом стоящих знаков (001, 010, 100, 011, …), то требуется 8 значений, так как = 8. Вид фазовой манипуляции, в котором каждому символу соответствует три знака, называется восьмипозиционной фазовой манипуляцией и обозначается 8-PSK. Скорость передачи информации увелчивется в 3 раза, если длительность символа (одного значения начально фазы) равна длительности импульса , соответствуещего 1 биту. Если же длительность символа 3 , ументшатся в 3 раза ширина главного лепестка спектра радиосигнала.

Спектр радиосигнала с фазовой манипуляцией.

Спектр радиосигнала с фазовой манипуляцией сплошной, он повторяет спектр видеосигнала, сдвинутый на несущую частоту . Огибающая спектра соответствует функции

S (f) = ,

где S (f) – спектральная плотность мощности. Ширина основного лепестка , ширина каждого бокового лепестка . Пример спектра радиосигнала BPSK показан на рис. 9.

Рис. 9. Cпектр радиосигнала с частотной манипуляципей.