Непрерывная фазовая модуляция

Непрерывная фазовая модуляция ( CPM ) — это метод модуляции данных, обычно используемый в беспроводных модемах . В отличие от других когерентной цифровой фазовой модуляции методов несущей , где фаза внезапно сбрасывается в ноль в начале каждого символа (например, M- PSK ), при использовании CPM фаза несущей модулируется непрерывным образом. Например, при использовании QPSK несущая мгновенно переходит от синуса к косинусу (т.е. фазовый сдвиг на 90 градусов ) всякий раз, когда один из двух битов сообщения текущего символа отличается от двух битов сообщения предыдущего символа. Этот разрыв требует, чтобы относительно большой процент мощности находился за пределами заданного диапазона (например, высокая доля внеполосной мощности ), что приводит к плохой спектральной эффективности . Более того, CPM обычно реализуется как сигнал с постоянной огибающей , т. е. мощность передаваемой несущей постоянна. Таким образом, CPM привлекателен, поскольку непрерывность фазы обеспечивает высокую спектральную эффективность, а постоянная огибающая обеспечивает превосходную энергоэффективность. Основным недостатком является высокая сложность реализации, необходимая для оптимального приемника.

Фазовая память

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

Фазовая траектория

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 фильтр Гаусса . Фильтр приподнятого косинуса имеет сдвиг пересечения нуля ровно на одно время символа, поэтому он может дать сигнал CPM с полным откликом , который предотвращает межсимвольную интерференцию (ISI).

Цена за тысячу показов частичного ответа

Передача сигналов с частичным ответом, такая как дуо-бинарная передача сигналов , представляет собой форму преднамеренного ISI, при которой определенное количество соседних символов контролируемым образом взаимодействует с каждым символом. MLSE необходимо использовать для оптимальной демодуляции любого сигнала при наличии ISI. В любое время количество ISI известно, например, в любой схеме сигнализации с частичным ответом MLSE можно использовать для определения точной последовательности символов (при отсутствии шума). Поскольку оптимальная демодуляция CPM с полным откликом уже требует обнаружения MLSE, использование сигнализации с частичным откликом требует небольшой дополнительной сложности, но может обеспечить сравнительно более плавную фазовую траекторию и, следовательно, еще большую спектральную эффективность. Одной из чрезвычайно популярных форм CPM с частичным ответом является GMSK , который используется GSM в большинстве сотовых телефонов второго поколения в мире. Он также используется в 802.11 FHSS, Bluetooth и многих других фирменных беспроводных модемах.

Частотная манипуляция с непрерывной фазой

Непрерывно-фазовая частотная манипуляция (CPFSK) — это широко используемый вариант частотной манипуляции (FSK), который сам по себе является частным случаем аналоговой частотной модуляции . FSK — это метод модуляции цифровых данных синусоидальной , кодирующий информацию , несущей несущей содержащуюся в данных, в изменения мгновенной частоты между одной из двух частот (называемых пространственной частотой и частотой метки ). В общем, стандартный сигнал FSK не имеет непрерывной фазы, поскольку модулированный сигнал мгновенно переключается между двумя синусоидами с разными частотами.

Как следует из названия, фаза CPFSK фактически является непрерывной; 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

Если передаваемый цифровой сигнал с конечным значением (сообщение) равен m ( t ), то соответствующий сигнал CPFSK равен

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

где A _c ​​представляет собой амплитуду сигнала CPFSK, f _c — базовая несущая частота , а D _f — параметр, который управляет отклонением частоты модулированного сигнала. Интеграл , расположенный внутри аргумента косинуса , придает сигналу CPFSK непрерывную фазу; интеграл по любой конечнозначной функции (которой m ( t предполагается )) не будет содержать разрывов. Если предполагается, что сигнал сообщения является причинным , то пределы интеграла меняются на нижнюю границу нуля и верхнюю границу t .

Обратите внимание, что это не означает, что m ( t ) должно быть непрерывным; на самом деле, большинство идеальных сигналов цифровых данных содержат разрывы. Однако даже прерывистый сигнал сообщения будет генерировать правильный сигнал CPFSK.

См. также

• Манипуляция с минимальным сдвигом (MSK)

Ссылки

Обозначение формы сигнала CPFSK было взято из:

• Леон В. Коуч II , «Цифровые и аналоговые системы связи, 6-е издание» , Prentice-Hall, Inc., 2001 г. 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. наук. и Sys (CISS) , (Балтимор, Мэриленд), март 2007 г.
• Калькулятор минимального расстояния CPM (привязка MLSE/MLSD)