PRÜFUNG VON DIGITALEN KOMMUNIKATIONSSENDERN UND -EMPFÄNGERN

Es gibt einen grundlegenden Kompromiss bei den Kommunikationssystemen. Einfache Hardware kann in Sendern und Empfängern zur Kommunikation von Informationen verwendet werden. Diese Methode verwendet jedoch viel Spektrum, was die Anzahl der Benutzer begrenzt. Alternativ können komplexere Sender und Empfänger verwendet werden, um die gleichen Informationen über eine geringere Bandbreite zu übertragen. Der Übergang zu spektral effizienteren Übertragungstechniken erfordert komplexere Hardware. Komplexe Hardware ist schwer zu entwerfen, den test digitaler sat receiver und zu bauen. Dieser Kompromiss besteht unabhängig davon, ob die Kommunikation über Funk oder Draht, analog oder digital erfolgt.

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In den letzten Jahren ist ein großer Übergang von der einfachen analogen Amplitudenmodulation (AM) und Frequenz-/Phasenmodulation (FM/PM) zu neuen digitalen Modulationstechniken erfolgt. Beispiele für digitale Modulationen sind Quadratur-Phasenschieberkodierung (QPSK), Frequenzschieberkodierung (FSK), Minimum Shift Keying (MSK) und Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM).

Es gibt nur drei Eigenschaften eines Signals, die sich im Laufe der Zeit ändern lassen: Amplitude, Phase oder Frequenz. Phase und Frequenz sind jedoch nur verschiedene Möglichkeiten, die gleiche Signaländerung zu betrachten oder zu messen.

 

Amplitude und Phase können gleichzeitig und getrennt moduliert werden, aber das ist schwer zu erzeugen und vor allem schwer zu erkennen. Stattdessen wird das Signal in praktischen Systemen in einen anderen Satz unabhängiger Komponenten aufgeteilt: in Phase (I) und Quadratur (Q). Diese Komponenten sind orthogonal und stören sich nicht gegenseitig.

POLARANZEIGE – GRÖßE UND PHASE ZUSAMMEN DARGESTELLT

Eine einfache Möglichkeit, Amplitude und Phase zu betrachten, besteht in einem Polardiagramm, das in Figur 1 dargestellt ist. Der Träger wird zu einer Frequenz- und Phasenreferenz und das Signal wird in Bezug auf den Träger interpretiert. Das Signal kann in polarer Form als Größe und Phase ausgedrückt werden. Die Phase ist relativ zu einem Referenzsignal (dem Träger in den meisten Kommunikationssystemen). Die Größe ist entweder ein absoluter oder relativer Wert. Beide werden in digitalen Kommunikationssystemen eingesetzt. Polardiagramme sind die Grundlage für viele Displays, die in der digitalen Kommunikation verwendet werden, obwohl es üblich ist, den Signalvektor durch seine rechteckigen I- und Q-Koordinaten zu beschreiben.

I/Q-FORMATE

In der digitalen Kommunikation wird die Modulation oft in Form von I und Q (einer rechteckigen Darstellung des Polardiagramms) ausgedrückt. In einem Polardiagramm liegt die I-Achse auf dem Phasenbezug und die Q-Achse wird um 908 gedreht. Die Projektion des Signalvektors auf die I-Achse ist seine I-Komponente und die Projektion auf die Q-Achse ist seine Q-Komponente. Abbildung 2 zeigt die I/Q-Darstellung.

I UND Q IN EINEM FUNKSENDER

I/Q-Diagramme sind besonders nützlich, da sie die Art und Weise widerspiegeln, wie die meisten digitalen Kommunikationssignale mit einem I/Q-Modulator erzeugt werden. Im Sender werden I- und Q-Signale mit dem gleichen Lokaloszillator (LO) gemischt, wie in Abbildung 3 dargestellt. Ein 908 Phasenschieber ist orthogonal zueinander oder in Quadratur angeordnet. Signale, die sich in Quadratur befinden, stören sich nicht gegenseitig. Sie sind zwei unabhängige Komponenten des Signals. Bei der Rekombination werden sie zu einem zusammengesetzten Ausgangssignal summiert. Es gibt zwei unabhängige Signale in I und Q, die mit einfachen Schaltungen gesendet und empfangen werden können. Dies vereinfacht die Gestaltung von Digitalfunkgeräten. Der Hauptvorteil der I/Q-Modulation liegt in der symmetrischen Einfachheit, unabhängige Signalkomponenten zu einem einzigen Summensignal zu kombinieren und später ein solches Summensignal in seine unabhängigen Teile aufzuteilen.

I UND Q IN EINEM FUNKEMPFÄNGER

Das Summensignal mit Größen- und Phaseninformationen (oder I und Q) gelangt zum Empfängereingang. Das Eingangssignal wird in zwei Formen mit dem LO-Signal bei der Trägerfrequenz vermischt. Einer befindet sich auf einer beliebigen Nullphase, während der andere eine 908 Phasenverschiebung aufweist. Das zusammengesetzte Eingangssignal (in Bezug auf Größe und Phase) wird in I- und Q-Komponenten unterteilt. Diese beiden Komponenten des Signals sind unabhängig und orthogonal. Eine kann geändert werden, ohne die andere zu beeinflussen.

Normalerweise können Informationen nicht im Polarformat dargestellt und als Rechteckwerte neu interpretiert werden, ohne eine Polar- in Rechteckumwandlung durchzuführen. Diese Umwandlung ist genau das, was durch die phasengleichen und quadratischen Mischprozesse in einem Digitalradio erreicht wird. Ein LO, Phasenschieber und zwei Mischer können die Umwandlung präzise und effizient durchführen. Abbildung 4 zeigt den Empfänger, der das Eingangssignal in I- und Q-Komponenten demoduliert.

 

WARUM I UND Q VERWENDEN?

Die digitale Modulation ist mit I/Q-Modulatoren einfach zu realisieren. Die meisten digitalen Modulationen bilden die Daten auf eine Reihe von diskreten Punkten auf der I/Q-Ebene ab. Diese Punkte werden als Konstellationspunkte bezeichnet. Wenn sich das Signal von einem Punkt zum anderen bewegt, ergibt sich in der Regel eine gleichzeitige Amplituden- und Phasenmodulation. Acco