Kontinuerlig fasmodulering - Continuous phase modulation

Kontinuerlig fasmodulering ( CPM ) är en metod för modulering av data som vanligtvis används i trådlösa modem . Till skillnad från andra koherenta moduleringstekniker för digital fas där bärarfasen plötsligt återställer till noll i början av varje symbol (t.ex. M- PSK ), med CPM moduleras bärfasen kontinuerligt. Till exempel, med QPSK bäraren hoppar momentant från en sinus till ett cosinus (dvs. en 90 graders fasförskjutning ) närhelst en av två meddelandebitarna i de nuvarande symbol skiljer sig från de två meddelande bitarna i den tidigare symbolen. Denna diskontinuitet kräver en relativt stor andel av kraften som sker utanför det avsedda bandet (t.ex. hög fraktionerad out-of-band-effekt ), vilket leder till dålig spektral effektivitet . Vidare implementeras CPM typiskt som en konstant kuvertvågform , dvs. den överförda bärkraften är konstant. Därför är CPM attraktiv eftersom faskontinuiteten ger hög spektral effektivitet och det konstanta höljet ger utmärkt effekteffektivitet. Den primära nackdelen är den höga implementeringskomplexiteten som krävs för en optimal mottagare.

Fasminne

Varje symbol moduleras genom att gradvis byta bärarens fas från startvärdet till det slutliga värdet över symbolens varaktighet. Moduleringen och demoduleringen av CPM kompliceras av det faktum att den initiala fasen för varje symbol bestäms av den kumulativa totalfasen för alla tidigare överförda symboler, vilket är känt som fasminnet . Därför kan den optimala mottagaren inte fatta beslut om någon isolerad symbol utan att ta hänsyn till hela sekvensen av överförda symboler. Detta kräver en maximal Likelihood Sequence Estimator (MLSE), som implementeras effektivt med hjälp av Viterbi-algoritmen .

Fasbanan

Minimum-shift keying (MSK) är ett annat namn för CPM med en överskott av bandbredd på 1/2 och en linjär fasbana . Även om denna linjära fasbana är kontinuerlig, är den inte jämn, eftersom derivatet av fasen inte är kontinuerligt. Den spektrala effektiviteten för CPM kan förbättras ytterligare genom att använda en slät fasbana. Detta åstadkommes vanligtvis genom att filtrera fasbanan före modulering, vanligtvis med hjälp av en Raised Cosine eller ett Gauss-filter . Det upphöjda kosinusfiltret har nollkorsningar förskjutna med exakt en symboltid, och så det kan ge en CPM-vågform med full respons som förhindrar ISS (Intersymbol Interference) .

Partiellt svar CPM

Partiell responssignalering, såsom duo-binär signalering , är en form av avsiktlig ISI där ett visst antal angränsande symboler stör varje symbol på ett kontrollerat sätt. En MLSE måste användas för att optimera demodulering av alla signaler i närvaro av ISI. Närhelst mängden ISI är känd, såsom med vilket som helst delvis svarssignalschema, kan MLSE användas för att bestämma den exakta symbolsekvensen (i frånvaro av brus). Eftersom den optimala demoduleringen av CPM med full respons redan kräver MLSE-detektering, kräver användning av signalering av partiell respons lite extra komplexitet, men kan ge en relativt jämnare fasbanan, och därmed ännu större spektral effektivitet. En extremt populär form av delvis svar CPM är GMSK , som används av GSM i de flesta av världens andra generationens mobiltelefoner. Det används också i 802.11 FHSS, Bluetooth och många andra trådlösa modem.

Frekvensskiftnyckling för kontinuerlig fas

Kontinuerlig fas frekvensskiftnyckling (CPFSK) är en vanligt förekommande variation av frekvensskiftnyckling (FSK), som i sig är ett speciellt fall för analog frekvensmodulering . FSK är en metod för att modulera digital data till en sinusformad bärvåg , som kodar informationen som finns i datan till variationer i bärarens momentana frekvens mellan en av två frekvenser (benämnd rymdfrekvens och markfrekvens ). I allmänhet har en standard FSK-signal inte kontinuerlig fas, eftersom den modulerade vågformen växlar omedelbart mellan två sinusoider med olika frekvenser.

Som namnet antyder är fasen för en CPFSK faktiskt kontinuerlig; detta attribut är önskvärt för signaler som ska sändas över en bandbegränsad kanal, eftersom diskontinuiteter i en signal introducerar bredbandsfrekvenskomponenter . Dessutom uppvisar vissa klasser av förstärkare olinjärt beteende när de körs med nästan diskontinuerliga signaler; detta kan ha oönskade effekter på formen på den överförda signalen.

Teori

Om en finvärdig digital signal som ska sändas (meddelandet) är m ( t ), är motsvarande CPFSK-signal

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

där A _c representerar amplituden av CPFSK-signalen, f _c är basen bärvågsfrekvensen , och D _f är en parameter som styr frekvenssving av den modulerade signalen. Den integrerande belägen insidan av cosinus argument är det som ger CPFSK signalen dess kontinuerliga fas; en integral över någon slutligt värderad funktion (som m ( t ) antas vara) kommer inte att innehålla några diskontinuiteter. Om meddelandesignalen antas vara kausal ändras gränserna för integralen till en lägre gräns av noll och en högre gräns för t .

Observera att detta inte betyder att m ( t ) måste vara kontinuerligt; i själva verket innehåller de flesta ideala digitala datavågformer diskontinuiteter. Men även en diskontinuerlig meddelandesignal genererar en korrekt CPFSK-signal.

Se även

• MSK

referenser

Notationen för CPFSK-vågformen är hämtad från:

• Leon W. Couch II , "Digitala och analoga kommunikationssystem, 6: e upplagan" , Prentice-Hall, Inc., 2001 . ISBN  0-13-081223-4
• [1] S. Cheng, R. Iyer Sehshadri, MC Valenti och D. Torrieri, kapaciteten för icke-koherent kontinuerlig fasfrekvensnyckling, i Proc. Conf. på Info. Sci. och Sys (CISS) , (Baltimore, MD), mars 2007.
• CPM minsta avståndskalkylator (MLSE / MLSD bunden)