Modulación de fase continua

Modulación de fase continua ()CPM) es un método para la modulación de datos comúnmente utilizados en módems inalámbricos. En contraste con otras técnicas de modulación de fase digital coherentes en la fase de transporte abruptamente se reinicia a cero al inicio de cada símbolo (por ejemplo, M-PSK), con CPM la fase de portador se modula de manera continua. Por ejemplo, con QPSK el portador salta instantáneamente de un sine a un cosine (es decir, un cambio de fase de 90 grados) cuando uno de los dos fragmentos de mensaje del símbolo actual difiere de los dos bits de mensajes del símbolo anterior. Esta discontinuidad requiere un porcentaje relativamente grande de la potencia para ocurrir fuera de la banda prevista (por ejemplo, alta potencia fraccionada de banda), lo que conduce a una mala eficiencia espectral. Además, la CPM se implementa normalmente como una onda de desarrollo constante, es decir, la potencia de transmisión es constante. Por lo tanto, CPM es atractivo porque la continuidad de la fase produce alta eficiencia espectral, y el sobre constante produce una excelente eficiencia energética. El principal inconveniente es la alta complejidad de implementación necesaria para un receptor óptimo.

Memoria de fase

Cada símbolo se modula cambiando gradualmente la fase de la portadora desde el valor inicial hasta el valor final, a lo largo de la duración del símbolo. La modulación y demodulación de CPM se complica por el hecho de que la fase inicial de cada símbolo está determinada por la fase total acumulada de todos los símbolos transmitidos anteriormente, lo que se conoce como memoria de fase. Por tanto, el receptor óptimo no puede tomar decisiones sobre ningún símbolo aislado sin tener en cuenta toda la secuencia de símbolos transmitidos. Esto requiere un estimador de secuencia de máxima verosimilitud (MLSE), que se implementa de manera eficiente utilizando el algoritmo de Viterbi.

Trayectoria de fase

El teclado mínimo (MSK) es otro nombre para CPM con un ancho de banda superior de 1/2 y un lineal trayectoria de fase. Aunque esta trayectoria lineal de fase es continua, no es lisa ya que el derivado de la fase no es continuo. La eficiencia espectral de CPM puede mejorarse aún más utilizando una trayectoria de fase suave. Esto se logra típicamente filtrando la trayectoria de la fase antes de la modulación, utilizando comúnmente un cosine elevado o un filtro gaussiano. El filtro cosine elevado tiene cero cruces contrarrestados por exactamente una vez de símbolo, por lo que puede producir un respuesta completa CPM waveform que previene la interferencia intersímbolo (ISI).

CPM de respuesta parcial

La señalización de respuesta parcial, como la señalización dúo-binaria, es una forma de ISI intencional donde cierto número de símbolos adyacentes interfieren con cada símbolo de manera controlada. Un MLSE debe ser utilizado para desmodular de forma óptima cualquier señal en presencia de ISI. Siempre la cantidad de ISI se conoce, como con cualquier esquema de señalización de respuesta parcial, MLSE se puede utilizar para determinar la secuencia de símbolo exacta (en ausencia de ruido). Dado que la desmodulación óptima de CPM de respuesta completa ya requiere detección de MLSE, el uso de señalización parcial requiere poca complejidad adicional, pero puede permitirse una trayectoria de fase comparativamente más suave, y por lo tanto, mayor eficiencia espectral. Una forma extremadamente popular de CPM de respuesta parcial es GMSK, que es utilizado por GSM en la mayoría de los teléfonos celulares de segunda generación del mundo. También se utiliza en 802.11 FHSS, Bluetooth y muchos otros módems inalámbricos patentados.

Modificación por desplazamiento de frecuencia de fase continua

La codificación por desplazamiento de frecuencia de fase continua (CPFSK) es una variación comúnmente utilizada de la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK), que es en sí misma un caso especial de modulación de frecuencia analógica. FSK es un método para modular datos digitales en una onda portadora sinusoidal, codificando la información presente en los datos en variaciones en la frecuencia instantánea de la portadora entre una de dos frecuencias (denominada frecuencia espacial y frecuencia de marca). En general, una señal FSK estándar no tiene fase continua, ya que la forma de onda modulada cambia instantáneamente entre dos sinusoides con diferentes frecuencias.

Como sugiere el nombre, la fase de una CPFSK es de hecho continua; este atributo es deseable para señales que se van a transmitir a través de un canal de banda limitada, ya que las discontinuidades en una señal introducen componentes de frecuencia de banda ancha. Además, algunas clases de amplificadores exhiben un comportamiento no lineal cuando funcionan con señales casi discontinuas; esto podría tener efectos no deseados en la forma de la señal transmitida.

Teoría

Si una señal digital de valor finito a transmitir (el mensaje) es m(t), entonces la señal CPFSK correspondiente es

s()t)=Ac#⁡ ⁡ ()2π π fct+Df∫ ∫ − − JUEGO JUEGO tm()α α )dα α ){displaystyle s(t)=A_{c}cos left(2pi) f_{c}t+D_{f}int _{-infty } {t}m(alpha)dalpha right),}

Donde A_c representa la amplitud de la señal CPFSK, f_c es la frecuencia de soporte, y D_f es un parámetro que controla la desviación de frecuencia de la señal modulada. La parte integral situada dentro del argumento del cosine es lo que da a la señal CPFSK su fase continua; una integral sobre cualquier función de valor finito (que m()t) se supone que sea) no contener ninguna discontinuidad. Si se supone que la señal de mensaje es causal, entonces los límites del cambio integral a un límite inferior de cero y un límite superior de t.

Tenga en cuenta que esto no significa que m()t) debe ser continuo; de hecho, la mayoría de las formas digitales de datos ideales contienen discontinuidades. Sin embargo, incluso una señal de mensaje discontinua generará una señal CPFSK adecuada.