PSK (Phase Shift Keying)

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1 PSK (Phase Shift Keying)
1 2018/4/20 PSK (Phase Shift Keying) SUCHOMEL Christoph 2018/4/20

2 2018/4/20 Inhaltsverzeichnis BPSK Varicode QPSK π/4-QPSK Offset-QPSK

3 Binary Phase Shift Keying (BPSK)
2018/4/20 Binary Phase Shift Keying (BPSK) PSK31 → Eintonverfahren mit 180° Phasendrehung Phase einer Sinusschwingung durch Phasenverschiebung moduliert Bei PSK31 handelt sich um ein Eintonverfahren mit 180° Phasendrehung. Da nur zwei Phasenlagen vorkommen → binäre Modulationsverfahren (BPSK) bzw. BPSK31 bezeichnet. Dabei wird die Phase einer Sinusschwingung (Träger) durch Phasenverschiebung moduliert. Typischerweise entsprechen die Phasenlagen 0° und 180° den binären Zuständen „0“ und „1“.

4 Binary Phase Shift Keying (BPSK) (2)
2018/4/20 Binary Phase Shift Keying (BPSK) (2) Entstehende Bandbreite bei der Phasenmodulation nicht viel größer als Baudrate Bandbreite eines PSK31-Signals: 31,25 Hz 31,25 Hz Bandbreite gewählt: Varicode bei normaler Tippgeschw. von 50 Wörtern/min → Rate von 32 Bit/s Bandbreite bei der Phasenmodulation → nicht viel größer als Baudrate. Die 31,25-Hz-Bandbreite wurde gewählt → weil der Varicode bei normaler Tippgeschwindigkeit mit etwa 50 Wörtern/min etwa eine Rate von 32 Bits/s Sekunde erzeugt. 31,25 Hz → einfach mit der 8-kHz-Abtastrate von DSP-Systemen erzeugt werden können.

5 Binary Phase Shift Keying (BPSK) (3)
2018/4/20 Binary Phase Shift Keying (BPSK) (3) Zu bestimmten Zeitpunkten → Phasenlage um 180° zu verschoben. Abrupte Phasensprünge → Bandbreite eines ausgesendeten Signals dramatisch erhöht. Um PSK für Einsatz im Funk zu zähmen → tastet man die Phasenlage nicht „hart“ und sprunghaft um, sondern lässt den Verlauf der Umtastung dem einer Cosinus-Funktion folgen → Sprünge werden vermieden . Es ist technisch nicht sinnvoll, der absoluten Phasenlage 0° die binäre NULL und der absoluten 180° eine EINS zuzuordnen. Unabhängiges Referenzsignal nötig → um erkennen zu können, welche absolute Phasenlage das modulierte Signal momentan gerade besitzt. Da sich darüber hinaus die Phasenlage bedingt durch die Signallaufzeit dauernd verschiebt fällt diese Methode für den praktischen Einsatz aus. Daher codieren PSK-Systeme die binären Modulationswerte in Wirklichkeit in die Phasen-Differenz → Phase sich gerade verändert oder eben nicht. „Differenz-PSK“ (DPSK)

6 2018/4/20 Varicode Bei PSK31 handelt es sich um einen unprotokollierten Mode → verfügt nicht über eine Fehlererkennung oder eine Fehlerkorrektur wie z.B. RTTY, benutzt aber stattdessen im Alphabet Zeichen variabler Länge. Selten vorkommende Zeichen sind lang (bis zu 10 Bits), häufig vorkommende Zeichen sind kurz. Der Durchschnitt liegt zwischen 6 bis 7 Bits je Zeichen.

7 2018/4/20 Varicode (2) Einzelne Bitfolgen für jedes Zeichen → kein Start- oder Stoppbit Durch variable Länge der Zeichen → effektive Übertragungsrate bis zu 50 Baud möglich Alle Zeichen beginnen und enden mit einer ''1''; durch Bitfolge von ''00'' getrennt Die einzelnen Bitfolgen für jedes Zeichen → weder ein Startbit oder ein oder mehrere Stoppbits wie es z.B. bei einem protokollierten Mode wie RTTY üblich ist. Protokolliert heißt → jedes Zeichen im Alphabet aus einer gleich langen Bitfolge besteht → von der Sendezeit her gleich lang ist. Durch die variable Länge der Zeichen → mit PSK31 zu 50 Baud möglich. Wenn bei RTTY z.B. ein Stoppbit bei der Übertragung ausfällt, verliert das System die Synchronisation. Bei PSK31 gibt es das nicht. alle Zeichen fangen mit einer "1" an und enden mit einer "1" und werden mit einer Bitfolge von zwei Nullen "00" getrennt. Innerhalb eines Zeichens gibt es keine zwei aufeinanderfolgende "0.

8 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
2018/4/20 Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Bei der QPSK werden statt zwei, gleich vier Phasenlagen umgetastet. Dadurch ist es möglich die Digitalwert 00, 01, 10 und 11 zu übertragen. Jeder Phasenzustand → entspricht dann zwei zusammenhängender Bits . Bei gleichbleibender Umtastungsgeschwindigkeit → doppelt so viele Daten übertregen werden, wie bei 2-PSK . Wenn Funkwellen durch Störungen deformiert werden → Empfänger nur mit Mühe die gesendete Phasenposition erkennen. Je geringer der Abstand zwischen zwei Positionen→ desto schwerer ist es und desto anfälliger ist das Signal. QPSK kann mit dem Viterbi-Algorithmus zur Vorwärtsfehlerkorrektur betrieben werden.

9 π/4-QPSK Nach jedem Sendesymbol → Phasensprung von π/4 (45°)
2018/4/20 π/4-QPSK Nach jedem Sendesymbol → Phasensprung von π/4 (45°) Dadurch Übergang zwischen zwei Symbolen → niemals durch den Nullpunkt Bei herkömmlicher QPSK →Übergang zwischen zwei diagonalen Sendesymbolpunkten in der komplexen Ebene durch den Nullpunkt führt. Im Übergang zwischen diesen diagonalen Sendesymbolen → Absenkung der Amplitude auf praktisch null. Auf der Empfängerseite → erschwerte Synchronisation und begünstigt durch Nichtlinearitäten im Übertragungsweg Signalverzerrungen und Störfrequenzen. Bei π/4-QPSK → unabhängig von den Nutzdaten → nach jedem Sendesymbol ein zusätzlicher Phasensprung von π/4 (45°) vorgenommen. Der Übergang zwischen zwei Symbolen → niemals durch den Ursprung geht, d. h. immer eine Trägeramplitude gesendet wird. Taktsynchronisation auf der Empfängerseite erleichtert → unabhängig von den Nutzdaten und deren Codierung immer regelmäßig Phasensprünge im Empfangssignal vorhanden sind.

10 Offset-QPSK (OQPSK) 2018/4/20
Offset QPSK → den Durchgang durch den Nullpunkt, also eine Absenkung der Amplitude, zu vermeiden. Dabei werden der Realteil und der Imaginärteil des komplexen Symbols → um eine halbe Symboldauer zeitversetzt gesendet, sodass die maximale Änderung nur noch 90° statt wie bei der herkömmlichen QPSK 180° beträgt. Der Verlauf der Zustandsübergänge der Form → von den vier Zuständen begrenzten Quadrates folgt und nicht mehr den diagonalen Weg durch den Nullpunkt nehmen kann.

11 2018/4/20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit

12 2018/4/20 Quellenverzeichnis phase-shift.html