Różnicowe PSK (DPSK)

Kodowanie informacji w różnicy faz między symbolami w celu uproszczenia odbiorników.

Problem ze Zwykłym PSK: Niejednoznaczność Fazy

Aby zrozumieć, dlaczego DPSK jest tak użyteczne, musimy najpierw przyjrzeć się głównemu wyzwaniu standardowego . W CPSK odbiornik musi znać dokładną fazę odniesienia, aby poprawnie zinterpretować przesyłane bity. Wyobraź sobie kompas: jeśli twój kompas i mój kompas wskazują tę samą północ, a ja powiem ci "idź na wschód", będziesz wiedział, dokąd iść.

Ale co, jeśli twój kompas jest źle skalibrowany i wskazuje południe zamiast północy? Wtedy moja instrukcja "idź na wschód" wyśle cię na zachód. To jest właśnie problem niejednoznaczności fazy. W rzeczywistych systemach komunikacyjnych faza sygnału może zostać przesunięta przez kanał transmisyjny lub przez drobne niedoskonałości w oscylatorach nadajnika i odbiornika. Cała konstelacja symboli może ulec obróceniu. Na przykład przesunięcie fazy o $180^{\circ}$ spowodowałoby, że odbiornik zinterpretowałby każde '0' jako '1', a każde '1' jako '0', co prowadziłoby do całkowitej inwersji przesyłanych danych i kompletnej porażki komunikacji.

Rozwiązanie Różnicowe - Kodowanie Zmiany

DPSK sprytnie rozwiązuje problem niejednoznaczności fazy, kodując informację nie w bezwzględnej fazie sygnału, ale w zmianie fazy między kolejnymi symbolami.

Zamiast mówić "idź na wschód" (kierunek bezwzględny), instrukcja staje się "obróć się o $90^{\circ}$ w prawo od swojej obecnej pozycji". Ta względna instrukcja działa, nawet jeśli nasze kompasy są źle ustawione, o ile są spójne.

Przykład: Różnicowe BPSK (DBPSK)

W najprostszej formie, DBPSK, używamy dwóch przesunięć fazowych do reprezentacji danych:

Bit wejściowy '0': Zachowaj tę samą fazę co poprzedni symbol (przesunięcie o $0^{\circ}$ ).
Bit wejściowy '1': Zmień fazę o $180^{\circ}$ w stosunku do poprzedniego symbolu.

Proces wymaga początkowego bitu odniesienia. Zobaczmy, jak sekwencja $1011$ jest przesyłana, zaczynając od fazy referencyjnej $0^{\circ}$ :

Bit Wejściowy	Reguła	Poprzednia Faza Nadana	Nowa Faza Nadana
(Start)	Początkowa referencja	-	$0^{\circ}$
1	Przesuń o $180^{\circ}$	$0^{\circ}$	$0^{\circ} + 180^{\circ} = 180^{\circ}$
0	Zachowaj fazę (przesuń o $0^{\circ}$ )	$180^{\circ}$	$180^{\circ} + 0^{\circ} = 180^{\circ}$
1	Przesuń o $180^{\circ}$	$180^{\circ}$	$180^{\circ} + 180^{\circ} = 360^{\circ} \equiv 0^{\circ}$
1	Przesuń o $180^{\circ}$	$0^{\circ}$	$0^{\circ} + 180^{\circ} = 180^{\circ}$

Interaktywny DPSK – Kodowanie różnicowe i przebieg czasowy

Schemat DPSK

Params

Częstotliwość nośnej fc (Hz): 40 Hz

Szybkość bitowa (bit/s): 4 bit/s

Amplituda A: 1.0

Data

Sekwencja bitów

SNR do symulacji (dB): 20 dB

Sygnał zmodulowany DPSK

Faza różnicowa Δφ(t)

Kompromisy: Wydajność, Odporność i Prostota

Jak każde rozwiązanie inżynieryjne, DPSK wiąże się z zestawem zalet i wad w porównaniu do swojego koherentnego odpowiednika, CPSK.

Zalety DPSK

Odporność na Dryft Fazy: DPSK jest wysoce odporne na powolne zmiany fazy wprowadzane przez kanał, co czyni je znacznie bardziej niezawodnym w wielu rzeczywistych scenariuszach.
Uproszczony Odbiornik: Główną korzyścią jest eliminacja złożonego i kosztownego układu odzyskiwania nośnej, potrzebnego w odbiorniku CPSK. Demodulacja wymaga jedynie porównania bieżącego symbolu z poprzednim, co jest znacznie prostsze w implementacji.

Wady DPSK

Gorsza Wydajność BER: W idealnych warunkach laboratoryjnych z tylko białym szumem (AWGN), DPSK ma wyższą niż CPSK. Wynika to z .
Kara Mocowa: W wyniku propagacji błędu, osiągnięcie tej samej stopy błędów BER co w CPSK wymaga około dwa razy większej mocy sygnału (kara rzędu 3 dB).