Сигнальное созвездие
(
англ.
constellation diagram
) ? представление всевозможных значений
комплексной амплитуды
манипулированных радиосигналов
на
комплексной плоскости
.
Всевозможные значения комплексной амплитуды радиосигнала представляются в виде точек на двухмерной
точечной диаграмме
на
комплексной плоскости
. 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 комплексной амплитуды радиосигнала, могут использоваться для определения типа манипуляции, рода интерференции и уровня искажений.
- Примеры созвездий для различных видов манипуляций (к дискретному сигналу применены
коды Грея
)
-
Двоичная фазовая манипуляция (BPSK)
-
Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK)
-
Восьмеричная фазовая манипуляция (8-PSK)
-
Шестнадцатеричная квадратурная амплитудная манипуляция (16-QAM).
При представлении передаваемого символа в виде комплексного числа и при модуляции косинусной и синусной составляющих сигнала
несущей частоты
, соответственно его 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
, аргумент 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 всевозможных символов можно получить сигнальное созвездие. Точки на диаграмме часто называют
сигнальными точками
(или точками созвездия). Они представляют множество
модулирующих символов
, то есть
модулирующий алфавит
.
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
-
-
Рассмотрим детектирование, основанное на
методе максимального правдоподобия
. При приёме радиосигнала в демодуляторе происходит оценка принятого символа, который
искажается
при передаче или при приёме (например, из-за
аддитивного белого гауссовского шума
,
замирания
,
многолучевого распространения
,
затухания
,
помех
и несовершенства радиоаппаратуры).
Демодулятор
выбирает наилучшее приближение к переданному символу, 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, распределённые 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.
- Прокис, Дж.
Цифровая связь = Digital Communications / Кловский Д. Д.. ?
М.
: Радио и связь, 2000. ? 800 с. ?
ISBN 5-256-01434-X
.
- Скляр Б.
Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. ? 2-е изд. ?
М.
:
Вильямс
, 2007. ? 1104 с. ?
ISBN 0-13-084788-7
.