Введение
Модуляция, позволяющая передавать несколько сигналов по прямой Полярная модуляция аналогична квадратурной модуляции таким же образом, как полярные координаты аналогичны картезианским координатам. Квадратная модуляция использует картезианские координаты, x и y. При рассмотрении модуляции квадратуры ось х называется осью I (в фазе), а осью y называется осью Q (квадрат). Полярная модуляция использует полярные координаты, r (амплитуда) и Θ (фаза). Квадратный модуляторный подход к цифровой радиопередаче требует линейного УВЧ-мощности, что создает конструктивный конфликт между повышением эффективности энергии или поддержанием линейности усилителя. Нарушение линейности приводит к ухудшению качества сигнала, обычно в результате ухудшения соседних каналов, что может быть основным фактором ограничения производительности и емкости сети. Дополнительные проблемы с линейными УВУ, включая параметрические ограничения устройства, температурную нестабильность, точность управления мощностью, широкополосный шум и производительность, также являются обычными. С другой стороны, снижение энергоэффективности увеличивает потребление электроэнергии (что сокращает срок службы батареи в портативных устройствах) и генерирует больше тепла. Проблема линейности в усилителе мощности теоретически может быть смягчена, требуя, чтобы входный сигнал усилителя мощности был "постоянной оболочкой", т.е. не содержал колебаний амплитуды. В полярной модуляционной системе входный сигнал усилителя мощности может изменяться только по фазе. Модуляция амплитуды затем осуществляется путем непосредственного управления усилением усилителя мощности путем изменения или модуляции его напряжения подачи. Таким образом, система полярной модуляции позволяет использовать архитектуры усилителей мощности с высокой нелинейной частотой, такие как классы E и F. Для создания полярного сигнала фазовый перенос усилителя должен быть известен по крайней мере в диапазоне амплитуды 17 дБ. По мере перехода фазы от одной к другой будет происходить возмущение амплитуды, которое может быть рассчитано во время перехода как, где n - количество образцов I и Q и должно быть достаточно большим, чтобы позволить точное отслеживание сигнала. Сто образцов на символ - это самое низкое число, которое можно использовать. Теперь, когда изменение амплитуды сигнала известно, фазовая ошибка, введенная усилителем при каждом изменении амплитуды, может быть использована для предварительного искажения сигнала. Обычно вычитается ошибка фазы при каждой амплитуде от модулирующих сигналов I и Q.
Polar modulation is analogous to quadrature modulation in the same way that polar coordinates are analogous to Cartesian coordinates. Quadrature modulation makes use of Cartesian coordinates, x and y. When considering quadrature modulation, the x axis is called the I (in phase) axis, and the y axis is called the Q (quadrature) axis. Polar modulation makes use of polar coordinates, r (amplitude) and Θ (phase). The quadrature modulator approach to digital radio transmission requires a linear RF power amplifier which creates a design conflict between improving power efficiency or maintaining amplifier linearity. Compromising linearity causes degraded signal quality, usually by adjacent channel degradation, which can be a fundamental factor in limiting network performance and capacity. Additional problems with linear RF power amplifiers, including device parametric restrictions, temperature instability, power control accuracy, wideband noise and production yields are also common. On the other hand, compromising power efficiency increases power consumption (which reduces battery life in handheld devices) and generates more heat. The issue of linearity in a power amplifier can theoretically be mitigated by requiring that the input signal of the power amplifier be "constant envelope", i. e. contain no amplitude variations. In a polar modulation system, the power amplifier input signal may vary only in phase. Amplitude modulation is then accomplished by directly controlling the gain of the power amplifier through changing or modulating its supply voltage. Thus a polar modulation system allows the use of highly non linear power amplifier architectures such as Class E and Class F.
In order to create the polar signal, the phase transfer of the amplifier must be known over at least a 17 dB amplitude range. As the phase transitions from one to another, there will be an amplitude perturbation that can be calculated during the transition as,
where n is the number of samples of I and Q and should be sufficiently large to allow an accurate tracing of the signal. One hundred samples per symbol would be about the lowest number that is workable. Now that the amplitude change of the signal is known, the phase error introduced by the amplifier at each amplitude change can be used to pre distort the signal. One simply subtracts the phase error at each amplitude from the modulating I and Q signals.
История
Полярная модуляция была первоначально разработана Томасом Эдисоном в его 1874 квадроплексном телеграфе, что позволило отправлять 4 сигнала по паре линий, по 2 в каждом направлении. Отправка сигнала в каждом направлении уже была достигнута ранее, и Эдисон обнаружил, что, объединив амплитуду и фазовую модуляцию (то есть, полярной модуляцией), он мог удвоить это до 4 сигналов, следовательно, квадруплекс.