Phasenumtastung
DiePhasenumtastung(englischPhase-Shift Keying,PSK) ist eindigitales Modulationsverfahrenin derNachrichtentechnik.Dabei wird einesinusförmigeTrägerschwingungdurch den zu übertragenden digitalenDatenstromindiskretenPhasenstufenumgetastet.
In der einfachsten Form, der binären PSK (BPSK) oder 2-PSK, kann proSymboleinBitübertragen werden. Die PSK wird in Praxis wegen geringerspektraler Effizienznur selten verwendet. Sie ist aber die Basis für verschiedene andere digitale Modulationsverfahren wie dieQuadraturphasenumtastung(QPSK) und dieQuadraturamplitudenmodulation(QAM), bei der zusätzlich zur Phasenlage auch dieAmplitudeder Trägerschwingung in diskreten Stufen moduliert wird.
Binäre Phasenumtastung
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Bei der binären Phasenumtastung wird zwischen zwei Phasenlagen umgeschaltet, wie in dem rechts stehendenKonstellationsdiagrammmit den beiden Symbolpunkten dargestellt. Auf Grund der geringen Anzahl von nur zwei Symbolen, die zueinander den maximalen Abstand aufweisen, ergibt sich der Vorteil einer hohenStörfestigkeit.Den beiden Symbolen wird die Information von einem Bit, logisch-0und logisch-1,zugewiesen und in dieser Bedeutung zwischen Sender und Empfänger vereinbart. Es spielt dabei keine Rolle, wo die Konstellationspunkte in der Ebene angeordnet sind, solange der Abstand vom Nullpunkt symmetrisch ist und die Verbindungslinie der beiden Symbolpunkte durch den Nullpunkt geht.
Synchronisierung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Aus der Mehrdeutigkeit der Phasenlage ergibt sich für den Empfänger das Problem, dass ohne zusätzliche Maßnahmen nicht erkannt werden kann, welche Phasenlage welchen logischen Wert aufweist.
Eine Möglichkeit, die aber über das eigentliche Modulationsverfahren hinausgeht, besteht darin, zwischen Sender und Empfänger am Anfang einer Übertragung eineSynchronisierungssequenz zu vereinbaren, anhand derer der Empfänger eine Referenzschwingung in der Phasenlage bestimmen und so auf die gleiche Phasenlage wie der Sender einstellen kann. Bei Bedarf muss diese Synchronisierung samt der dafür nötigen Signalisierung auch während einer Übertragung wiederholt werden.
Eine andere Möglichkeit, die ein Abstimmen oder Synchronisieren der Referenzphasenlage vermeidet, besteht darin, die Information nicht den einzelnen Symbolen (Phasenlagen) zuzuweisen, sondern die Information nur in derÄnderungder Phasenlage für einen logischen Zustand oder in derfehlendenÄnderung der Phasenlage für den zweiten logischen Zustand zu übertragen. Dieses Verfahren wird bezeichnet alsdifferentielle Phasenumtastung,abgekürztDPSK(englischDifferential Phase-Shift Keying).
Tastung
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Bei der unmittelbaren Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Phasenlagen, wie in nebenstehender Abbildung mit dem zeitlichen Signalverlauf einer mit BPSK modulierten Datenfolge dargestellt, wird durch densprunghaftenUmschaltvorgang und dessen hohe Spektralanteile eine großeBandbreitebelegt. Zur Reduzierung der Bandbreite werdenPulsformungsfilter eingesetzt, welche dieerste Nyquistbedingungerfüllen,Symbolübersprechenvermeiden und das unmittelbare Wechseln zwischen den Phasenlagen „sanfter “gestalten.
Quadraturphasenumtastung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Bei der QPSK werden vier Symbole verwendet, womit pro Symbol zwei Bits übertragen werden können. Dadurch verdoppelt sich die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite.
Von der QPSK gibt es verschiedene Varianten, wie die in der Praxis oft eingesetzte π/4-QPSK und die Offset-QPSK (OQPSK), die den Übergang zwischen zwei Sendesymbolen in derkomplexen Ebenenichtdurch den Nullpunkt führt, was einem Absenken der Trägerschwingung auf Null entspricht. Durch diese Vermeidung einer zu starken Trägerabsenkung können Störeffekte vermieden werden, die durch nichtlineare Übertragungseigenschaften ausgelöst werden, z. B. in Sendeverstärkern.
Literatur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- Rudolf Mäusl, Jürgen Göbel:Analoge und digitale Modulationsverfahren.Hüthig Verlag, 2002,ISBN 3-7785-2886-6.
- John G. Proakis, Masoud Salehi:Digital Communications.5. Auflage. McGraw Hill, 2008,ISBN 978-0-07-126378-8,Kapitel 3: Digital Modulation Schemes.