|
|
| Разместил: |
SergUA6  |
| Авторские права |
© http://www.radioscanner.ru |
|
|
Относительные режимы фазовой манипуляции.
Поводом к написанию этой статьи послужила дискуссия на нашем форуме, из которой следует, что есть определенная неясность в определениях относительных режимов фазовой манипуляции.
Попробуем разобраться на столько, на сколько это возможно в рамках обзорной статьи. Вопрос не очень сложный, требует лишь внимания и терпения, а некоторые исторические моменты думаю многим будут интересны, хотя речь конечно не об этом.
Для начала определимся с двумя очень разными понятиями, из-за которых собственно как правило, и возникают различные казусы в определении относительных режимов.
Есть относительное кодирование, и относительная манипуляция. Это два совершенно разных механизма, которые иногда путают.
Относительное кодирование имеет очень интересную историю, и впервые было предложено и опробованно на практике, именно отечественными исследователями. Очень трудно и тяжело завоевывало дорогу и всеобщее признание, это сейчас все кажется естественным, логичным и понятным.
До относительного кодирования, использовалось исключительно абсолютное, и абсолютному значения фазы соответствовал тот или иной конкретный символ. Для PSK-2 это или 0 или 1. Для PSK-4 это символ из двух бит, дибиты 00, 01, 10 и 11, для PSK-8 трибиты и т.д.
С позиций сегодняшего времени узкие моменты видны сразу же, достаточно в демодуляторе "потерять" правильную привязку к начальной фазе, и ни о какой правильной демодуляции речи идти не может. В те времена очень была распространена именно PSK-2, и появился даже термин "обратная работа", так как в этом случае биты 1 и 0 меняются местами.
Для устранения явления "обратной работы" в сообщения вводились специальные проверочные последовательности, основной работе предшествовала длительная процедура синхронизации и привязки фазы, и если в PSK-2 "обратную работу" можно было устранить простой инверсией принятой последовательности, то в PSK-4 или PSK-8 это уже было не так просто, и это одна из причин очень трудного признания фазовой манипуляции в целом, очень долго она считалась совершенно бесперспективной для передачи информации.
Громом среди ясного неба(примерно в середине 50-х годов), прозвучало предложение отечественного ученого Петрович Н. Т. кодировать при фазовой манипуляции символ не абсолютным значением, а разностью значений соседних символов.
Решение оказалось настолько гениальным, изящным и неожиданным, что верить в его работоспособность многие просто отказывались. Ни какие математические обоснования, ни на кого не действовали. Развернулась самая настоящая битва за признание относительного кодирования как метода в принципе. И как это не смешно сейчас выглядит, автору метода в то время было далеко не до смеха, доходило до того, что его просто отказывались слушать, мотивируя это пустой тратой времени, не говоря о том, что бы провести натурные испытания, пойти на такую "глупость" вообще считалось чуть ли не безумием.
К чести автора, не смотря на мощнейшее, практически полное противодействие своему методу, он смог провести сравнительные испытания чуть ли не на свои средства, где блестяще было продемонстрированно, что относительное кодирование не только снимает сильнейшую "головную боль" в виде проблемы абсолютной фазировки в демодуляторе, но и открывает огромные перспективы для фазовой манипуляции/модуляции в целом.
Именно так, всем известный и естественный сегодня метод относительного кодирования, через несколько лет(конец 50-х годов) после открытия и совершенно незаслуженных гонений, получил прописку в жизнь.
Вот такое небольшое истрическое эссе. :-)
Возвращаясь к нашим вопросам, обратите внимание, это важно, речь идет только об относительном кодировании! Сам порядок фазовой манипуляции остается прежним! Происходит замена битового потока из абсолютных значений бит на относительные. Это позволяет в результате, игнорировать конкретную фазу текущего символа, и ориентироваться на разность фаз соседних символов, что в итоге делает демодулятор инвариантным к конкретным значениям фаз, и снимает основую проблему абсолютной кодировки, проблему "обратной работы".
В этом смысле относительное кодирование, ценой всего лишь одного символа(!) гарантирует в целом безошибочную демодуляцию при любых начальных фазовых углах в демодуляторе. Или по другому, при случайной смене/скачке фазы будет потерян/иметь неопределенное значение, всего один символ, все сообщение будет принято в целом верно. Кроме того, относительное кодирование использует все возможности текущей размерности фазовой манипуляции полностью.
После прописки и признания относительного кодирования, и у нас, и за рубежом, начались очень бурные исследования по фазовой манипуляции/модуляции в целом, и заслуженной наградой Петрович Н. Т. можно считать то, что фазовая манипуляция/модуляция получила статус крайне перспективного режима для передачи информации. И недавние недруги и скептики, а теперь уже друзья, ринулись на поиски еще более интересных идей и решений.
Достаточно быстро были предложениы методы, уже фазоразностной манипуляции, не кодирования! Но это уже было неизбежно, и ожидаемо.
Отличия относительного кодирования и относительной манипуляции в достаточно общем случае заключаются в том, что в первом случае, меняется сам битовый поток, а закон изменения фазы в модуляторе нет, а во втором, битовый поток остается прежним, но меняется закон изменения фазы в модуляторе.
Казалось бы должно получится одно и тоже. Но нет, совсем разные вещи в итоге. Хотя в обоих случаях привязка в демодуляторе не к конкретным значениям посылок, а к их изменению. Это важный момент, обычно тут и кроется проблема всех путаниц, хотя сложного ничего нет.
В относительной манипуляции, всегда происходит смена позиции точки созвездия. Это решает две проблемы, абсолютно гарантированное выделение тактовой частоты манипуляции, так как точка никогда не стоит на месте, и, за счет того, что символ кодируется углом перехода из одной точки в другую, достигается такая же инвариантность к начальной фазе, как и в случае относительного кодирования. Выбор величины переходов обычно обоснован теорией, желающие могут этот вопрос изучить самостоятельно, и зависит от порядка фазоразностной манипуляции.
Различия этих двух совершенно разных подходов к относительности, хорошо видны на созвездиях.
Абсолютная фазовая манипуляция и/или относительное кодирование.
Этот режим фазовой манипуляции имеет как минимум три названия.
PSK-4 или QPSK - что означает одно и тоже, абсолютную фазовую манипуляцию.
DQPSK - обычно так обозначают режим, с использованием относительного кодирования, но так же с абсолютной фазовой манипуляцией, хотя это уже и не играет ни какой роли!
Как видим нет ни каких способов сказать точно, по виду созвездий, используется относительное кодирование или нет, что в прочем и не удивительно, так как относительное кодирование затрагивает битовый поток и не менят углов самого созвездия, относительность достается созвездию в "наследство" от потока, и не требует ни каких специальных мер и решений.
Относительная фазовая манипуляция(ФРМ), дибиты показаны условно.
Этот режим называется pi/4 DQPSK, и относится к фазоразностной манипуляции. И относительность уже требует усилий, модулятор должен по дибиту выбирать угол на который будет повернута текущая точка созвездия. Хорошо видно, что в абсолютном режиме созвездие выглядит как PSK-8, а в относительном как PSK-4, развернутое на угол 45(приставка pi/4 в названии). Совершенно очевидно, фазоразностный режим манипуляции довольно легко можно узнать, имея на руках абсолютное и относительные созвездия, и переходы в них.
Собственно и все основые нюансы относительных режимов фазовой манипуляции, более детально эти вопросы хорошо освещены в литературе. Конечено же относительное кодирование можно перенести на модулятор, осуществляя перекодирование битового потока в нем, через углы сразу, что зачастую и делают, но это ни чего не меняет в целом, это все так же относительное кодирование, просто реализованное по современному.
Хотелось бы отметить, что ФРМ обладает еще несколькими плюсами, как видно на абсолютном созвездии, траектория движения точки не пересекает область нуля(переходы на 180 не используются), а обходит его стороной, это резко снижает требования к линейности передающего тракта, и снижает провалы амплитуды результирующего сигнала после фильтров, но цена за все, включая и хорошее выделение тактовой частоты, это снижение скорости передачи, она в данном примере эквивалентна результирующему режиму PSK-4, хотя только по виду абсолютного созвездия может сложиться ложное впечатление более высокоскоростного режима PSK-8.
Надеюсь в целом более-менее понятно.
Удачи.
|
|
|
| Автор |
Комментарий |
RadioWave
Участник
 |
20 Май 2010 09:59
при случайной смене/скачке фазы будет потерян/иметь неопределенное значение всего один символ,...
При случайном скачке ошибочными будут два символа: непосредственно ошибочный и следующий за ним.
|
SergUA6
Модератор (RIP)
|
20 Май 2010 11:49
RadioWave
Вы абсолютно правы, конечно два. Пусть будет как художественная гипербола. :-) Очень хотелось показать какое решение предложил Петрович, и как оно трудно принималось его коллегами.
|
starche
Участник
 |
26 Май 2010 15:50
После открытия Николая Тимофеевича Петровича ( а не Петрович) первоначально особо не разделяли способы манипуляции на относительное кодирование и ФРМ. Делали, как удобно. Но
одна из разностей фаз всегда была равна нулю!!!
Чуть позже была предложена ФРМ с так названной "вращающейся
фазой", т.е. то, что вы в статье отнесли к ФРМ. Кстати, вращающаяся фаза могла использоваться и при однократной ФРМ с вариантами разностей фаз 90 и 270 градусов. Этот режим
использовался для достижения одной из двух или сразу обеих
целей, а именно:
1)названное Вами облегчение тактовой синхронизации;
2)неназванное Вами облегчение демодуляции двукратной ФРМ.
Последнее поясню подробно. При демодуляции двукратной ФРМ
с вариантами разностей фаз 0, 90, 180 и 270 градусов необходимо
учитывать и знаки, и величины напряжений на выходе фазовых
детекторов. Если же варианты 45, 135, 225 и 315 градусов, то
достаточно учесть только знаки напряжений. А это в безмашинную
эру было на много проще.
Это использовалось в модеме МС-5 (1968 г), но способом, не
подпадающим под Вашу классификацию. В модуляторе при двукратной
ФРМ задавались привычные разности фаз 0, 90,... градусов.
В демодуляторе же вычислялись переданные разности фаз с добавлением 45 градусов, что позволило использовать знаковую
демодуляцию.
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные, активировавшие регистрацию и не ограниченные в доступе участники сайта!
|
| Файл создан: 19 Май 2010 19:28, посл. исправление: 20 Май 2010 12:27 |
|
