Введение
Непрерывная фазовая модуляция (CPM) — это метод модуляции данных, широко используемый в беспроводных модемах. В отличие от других когерентных цифровых методов фазовой модуляции, где фаза несущей резко обнуляется в начале каждого символа (например, M PSK), в CPM фаза несущей модулируется непрерывно. Например, в QPSK несущая мгновенно переходит от синусоиды к косинусоиде (то есть сдвиг фазы на 90 градусов) всякий раз, когда один из двух информационных битов текущего символа отличается от двух информационных битов предыдущего символа. Эта разрывистость требует, чтобы относительно большая часть мощности излучалась за пределы выделенной полосы частот (например, высокая относительная мощность вне полосы), что приводит к низкой спектральной эффективности. Кроме того, CPM обычно реализуется как сигнал с постоянной огибающей, то есть передаваемая мощность несущей остается постоянной. Поэтому CPM привлекателен благодаря тому, что непрерывность фазы обеспечивает высокую спектральную эффективность, а постоянная огибающая – отличную энергоэффективность. Основным недостатком является высокая сложность реализации оптимального приемника.
abruptly resets to zero at the start of every symbol (e. g. M PSK), with CPM the carrier phase is modulated in a continuous manner. For instance, with QPSK the carrier instantaneously jumps from a sine to a cosine (i. e. a 90 degree phase shift) whenever one of the two message bits of the current symbol differs from the two message bits of the previous symbol. This discontinuity requires a relatively large percentage of the power to occur outside of the intended band (e. g., high fractional out of band power), leading to poor spectral efficiency. Furthermore, CPM is typically implemented as a constant envelope waveform, i. e., the transmitted carrier power is constant. Therefore, CPM is attractive because the phase continuity yields high spectral efficiency, and the constant envelope yields excellent power efficiency. The primary drawback is the high implementation complexity required for an optimal receiver.
Фазовая память
Каждый символ модулируется путем постепенного изменения фазы несущей от начального значения до конечного значения в течение длительности символа. Модуляция и демодуляция CPM усложняется тем, что начальная фаза каждого символа определяется кумулятивной суммой фаз всех ранее переданных символов, что известно как фазовая память. Следовательно, оптимальный приемник не может принимать решения относительно отдельного символа, не учитывая всю последовательность переданных символов. Для этого требуется оценителем последовательности максимального правдоподобия (MLSE), который эффективно реализуется с помощью алгоритма Витерби.
Фазовая траектория
Минимальная частотная манипуляция сдвигом фазы (MSK) – это другое название для CPM с избыточной полосой пропускания 1/2 и линейной фазовой траекторией. Хотя эта линейная фазовая траектория непрерывна, она не является гладкой, так как производная фазы разрывна. Спектральную эффективность CPM можно дополнительно повысить, используя гладкую фазовую траекторию. Обычно этого достигают путем фильтрации фазовой траектории перед модуляцией, как правило, с использованием фильтра с подъёмом косинуса или гауссовского фильтра. Фильтр с подъёмом косинуса имеет нулевые пересечения, сдвинутые ровно на один период символа, и поэтому позволяет получить полноценную форму сигнала CPM, предотвращающую межсимвольную интерференцию (ISI).
or a Gaussian filter. The raised cosine filter has zero crossings offset by exactly one symbol time, and so it can yield a full response CPM waveform that prevents intersymbol interference (ISI).
Непрерывное переключение частоты
Непрерывная фазовая частотная манипуляция (CPFSK) — широко используемая разновидность частотной манипуляции (FSK), которая, в свою очередь, является частным случаем аналоговой частотной модуляции. FSK — это метод модуляции цифровых данных на синусоидальную несущую, кодирующий информацию, содержащуюся в данных, в изменения мгновенной частоты несущей между двумя частотами (называемыми частотой «0» и частотой «1»). Как правило, стандартный сигнал FSK не имеет непрерывной фазы, поскольку модулируемая форма сигнала мгновенно переключается между двумя синусоидами с разными частотами. Как следует из названия, фаза CPFSK действительно непрерывна; эта характеристика предпочтительна для сигналов, предназначенных для передачи по каналу с ограниченной полосой пропускания, поскольку разрывы в сигнале приводят к появлению широкополосных частотных составляющих. Кроме того, некоторые типы усилителей демонстрируют нелинейное поведение при воздействии почти разрывных сигналов; это может нежелательно влиять на форму передаваемого сигнала.