Сигнальное созвездие

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Сигнальное созвездие (англ. constellation diagram) — представление манипулированных радиосигналов на комплексной плоскости.

Описание[править | править исходный текст]

Радиосигнал представляется в виде двухмерной точечной диаграммы на комплексной плоскости, точками на которой являются все возможные символы, представленные в геометрической форме. Более абстрактно, на диаграмме отмечены все значения, которые могут быть выбраны данной схемой манипуляции, как точки на комплексной плоскости. Сигнальные созвездия, полученные в результате измерения радиосигнала, могут использоваться для определения типа манипуляции, рода интерференции и уровня искажений.

Примеры созвездий для различных видов манипуляций (к дискретному сигналу применены коды Грея)
BPSK Gray Coded.svg
QPSK Gray Coded.svg
8PSK Gray Coded.svg
16QAM Gray Coded.svg
Двоичная фазовая манипуляция (BPSK) Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) Восьмеричная фазовая манипуляция (8-PSK) Сигнальное созвездие для прямоугольной 16-КАМн.

При представлении передаваемого символа в виде комплексного числа и при модуляции косинусного и синусного сигналов несущей частоты, соответственно действительной и мнимой частями, символ можно передать двумя несущими с одной частотой. Часто такие несущие называются квадратурными. Когерентный детектор (англ.) способен демодулировать обе несущие независимо. Принцип использования двух независимо модулируемых несущих лежит в основе квадратурной модуляции. В простой фазовой манипуляции, фаза модулирующего символа становится фазой несущего сигнала.

Если символы представлены в виде комплексных чисел, их можно представить в виде точек на комплексной плоскости. Действительная и мнимая оси часто называют in phase (синфазной) или I-осью и quadrature (квадратурной) или Q-осью. При нанесении на диаграмму точек от нескольких символов можно получить сигнальное созвездие. Точки на диаграмме часто называют сигнальными точками (или точками созвездия). Они представляют множество модулирующих символов, то есть модулирующий алфавит.

Решётчатая кодированная модуляция[править | править исходный текст]

При использовании блочного или свёрточного кодирования помехоустойчивость радиосвязи повышается за счёт расширения полосы частот и усложнения радиоаппаратуры без повышения отношения сигнал/шум (ОСШ). Для сохранения помехоустойчивости при том же значении ОСШ можно уменьшить используемую полосу частот и упростить радиоаппаратуру с помощью применения решётчатой кодированной модуляции (TCM), которая впервые была разработана в 1982 году Унгербоком. В основе TCM лежит совместный процесс кодирования и модуляции.

Если используется комбинированный кодер/модулятор, общая структура которого показана на рисунке, то бит b0 позволяет выбрать одно из двух созвездий, которые получились при первом разделении. Далее выбор определяется в зависимости от битов b1 и b2.

Разделение 8-фазового созвездия для решётчатой кодированной модуляции
Coder Modulator.JPG
TCM.JPG

Применение[править | править исходный текст]

Рассмотрим детектирование, основанное на методе максимального правдоподобия. При приеме радиосигнала в демодуляторе происходит оценка принятого символа, который искажается при передаче или при приеме (например, из-за аддитивного белого гауссовского шума, замирания, многолучёвого распространения, затухания, помех и несовершенства радиоаппаратуры). Демодулятор выбирает наилучшее приближение к переданному сигналу, т.е. ближайшую точку сигнального созвездия в терминах евклидовой метрики). Если искажения сигнала достаточно сильны, то может быть выбрана точка, отличная от переданной, и демодулятор выдаст неверный результат. Таким образом, расстояние между двумя ближайшими точками созвездия определяет помехоустойчивость манипуляции.

В целях анализа принятых сигналов сигнальное созвездие позволяет упростить обнаружение некоторых видов искажения сигнала. Например,

  • Гауссовский шум представляется как размытые точки созвездия
  • Некогерентная одночастотная интерференция выглядит как круги вместо точки созвездия
  • Фазовые искажения видны как сигнальные точки, распределенные по кругу
  • Затухание сигнала приводит к тому, что точки, находящиеся по углам, оказываются ближе к центру чем должны быть.

Сигнальные созвездия дают картину, аналогичную глазковой диаграмме для одномерных сигналов. Глазковые диаграммы используются для определения джиттера в одном измерении модуляции.

См. также[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

  • Прокис Дж. Цифровая связь. — Пер. с англ. // Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000. — 800 с. — ISBN 5-256-01434-X
  • Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. — Пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. — 1104 с. — ISBN 5-8459-0497-8

Ссылки[править | править исходный текст]