Aparentemente, o 4QAM e o QPSK aparentemente produzem a mesma forma de onda, mas são matematicamente iguais?
Em uma constelação QPSK, os pontos de mapeamento estão em 45, 135, 225 e 315 graus enquanto o 4QAM está em 0, 90, 180 e 270?
Também luto para entender os componentes de I / Q desse diagrama de constelação. O que realmente significa "inphase" e "quadrature-phase"? Eles são apenas outra maneira de especificar a parte real e imaginária para esse tipo de uso?
signal-analysis
chwi
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Respostas:
As constelações QPSK e4 QAM têm pontos de sinal a 45,135,225 e 315 graus (observe o erro de digitação na sua pergunta). Elas surgem da modulação de amplitude (ou, se você preferir, modulação de fase ) de dois sinais portadores (chamados portadores em fase e em quadratura) ortogonais (o que significa que diferem na fase em 90 graus. A representação canônica de um QPSK ou 4 - O sinal QAM durante um intervalo de símbolo é
s(t)=(−1)bIcos(2πfct)−(−1)bQsin(2πfct)
ondecos(2πfct) e
−sin(2πfct) são ossinais portadores emfasee emquadraturana frequênciafc Hz ebI,bQ∈{0,1} são os dois bits de dados (chamados de bits de dados em fase e em quadratura, naturalmente, uma vez que são transmitidos nos portadores em fase e em quadratura). Observe que o portador em fasecos(2πfct) temamplitude +1 ou
−1 conforme o bit de dados em fase tem valor0 ou1 , e da mesma forma o portador em quadratura−sin(2πfct) temamplitude +1 ou
−1 conforme o bit de dados em quadratura tem o valor 0 ou 1 . Algumas pessoas consideram isso uma inversão do esquema normal das coisas, afirmando didaticamente que amplitudes positivas devem ser associadas a 1 bits de dados e amplitudes negativas a 0 bits. Mas se olharmos para ele a partir da
fase de perspectiva de modulação, um 0 meio bit que o transportador ( porque( 2 πfct ) ou - pecado( 2 πfct ) como o caso) é transmitida com nenhuma mudança na Estágioenquanto um bit de 1 1 cria uma mudança de fase (vamos pensar nisso como um atraso de fase ) de 180 graus ou π radianos. Na verdade, outro modo de expressar o QPSK / 4 sinal -QAM é como
s ( t ) = cos( 2 πfct - bEuπ) - sin( 2 πfct - bQπ)
o que torna o ponto de vista da modulação de fase muito claro. Mas, independentemente de qual ponto de vista usamos, durante um intervalo de símbolos, o sinal QPSK / 4 -QAM é um dos quatro sinais a seguir :
2-√porque( 2 πfct + π4) ,2-√porque( 2 πfct + 3 π4) ,2-√porque( 2 πfct + 5 π4) ,2-√porque( 2 πfct + 7 π4)
correspondendo a( bEu, bQ) = ( 0 , 0 ) , ( 1 , 0 ) , ( 1 , 1 ) , ( 0 , 1 ) respectivamente.
Observe que o ponto de vista adotado aqui é o QPSK, consistindo em dois sinais BPSK em portadoras de fase-ortogonais . O desmodulador consiste, portanto, em dois receptores BPSK (chamados ramo em fase e ramo em quadratura, o que mais?). Uma visão alternativa do QPSK, como alterar a fase de uma única transportadora, dependendo de um símbolo de valor4 é desenvolvida um pouco mais tarde.
O sinal QPSK /4 QAM também pode ser expresso como
s(t)=Re{Bexp(j2πfct)}=Re{[(−1)bI+j(−1)bQ]exp(j2πfct)}
onde B é o símbolo da banda base com valor complexoassumindo valores em { ± 1 ± j } e que, quando plotados no plano complexo, dão pontos de constelação distantes 2-√ da origem e a 45 , 135 , 225 e315 graus correspondentes aos bits de dados( bEu, bQ) = ( 0 , 0 ) , ( 1 , 0 ) , ( 1 , 1 ) , ( 0 , 1 )
respectivamente. Observe quepares de bitscomplementaresestão na diagonal um do outro, de forma queerros de bit duplosão menos prováveis que erros de bit único. Observe também que os bits
ocorrem naturalmente ao redor do círculo na ordem do código Gray ; não há necessidade de massagear um dado par de bits de dados ( dEu, dQ) (digamos ( 0 , 1 ) ) de "representação natural" (onde significa o número inteiro 2 = dEu+ 2 dQ : dEu é o LSB e dQ o MSB aqui) para "representação de código Gray" ( bEu, bQ) = ( 1 , 1 ) do número inteiro2 como algumas implementações parecem insistir em fazer. Com efeito, tais massagem conduz amais pobredesempenho BER desde odescodificado ( b^Eu, b^Q) deve serummassagedno receptor para osdados descodificadosos bits(d^I,d^Q) fazendo com que oúnico canal de erro de bits(bI,bQ)=(1,1)→(b^I,b^Q)=(1,0)
para odobrode erro de bits de dados
(dI,dQ)=(0,1)→(bI,bQ)=(1,1)→(b^I,b^Q)=(1,0)→(d^I,d^Q)=(1,0).
Se atrasarmos os quatro sinais possíveis exibidos acima em45 graus ou
π/4 radianos (subtrair π/4 radianos do argumento do cosinusóide), obtemos
2–√cos(2πfct+π4)⇒2–√cos(2πfct+0π2)=2–√cos(2πfct),2–√cos(2πfct+3π4)⇒2–√cos(2πfct+1π2)=−2–√sin(2πfct),2–√cos(2πfct+5π4)⇒2–√cos(2πfct+2π2)=−2–√cos(2πfct)2–√cos(2πfct+7π4)⇒2–√cos(2πfct+3π2)=2–√sin(2πfct),
que fornece os quatro pontos de constelação em 0,90,180,270 graus referidos pelo OP. Este formulário nos fornece outra maneira de visualizar a sinalização QPSK: um único sinal portador cuja fase assume quatro valores, dependendo do símbolo de entrada que assume valores {0,1,2,3} . Expressamos isso em forma de tabela.
(bI,bQ)(0,0)(0,1)(1,1)(1,0)normal value k0132Gray code value ℓ0123signal as above2–√cos(2πfct)2–√sin(2πfct)−2–√cos(2πfct)−2–√sin(2πfct)phase-modulated signal2–√cos(2πfct−0π2)2–√cos(2πfct−1π2)2–√cos(2πfct−2π2)2–√cos(2πfct−3π2) (bI,bQ) ℓ∈{0,1,2,3} 2–√cos(2πfct−ℓπ2).
In other words, the phase of carrier 2–√cos(2πfct) is
modulated (changed from 0 to ℓπ2 ) in
response to the input ℓ .
So how does this work in real life or MATLAB, whichever comes first? If we define a QPSK signal as having value2–√cos(2πfct−ℓπ2) where the value of ℓ is typed in as (bI,bQ) and we must
remember that the output is ℓ in Gray code interpretation,
that is, the demodulator output will be (1,1) if ℓ happened
to have value 2 , and interpreting output (1,1) as 3 is a decoding
error that is not generally discussed in textbooks!
0
or1
or2
or3
, we will get the QPSK signal described above, but the demodulator will produce the bit pairfonte