연속 위상 변조

연속 위상 변조(CPM)는 무선 모뎀에서 일반적으로 사용되는 데이터의 변조를 위한 방법이다. 반송파 단계가 모든 기호(예: M-PSK)의 시작 부분에서 갑자기 0으로 재설정되는 다른 일관성 있는 디지털 위상 변조 기법과 대조적으로 CPM으로 반송파 위상은 연속적으로 변조된다. 예를 들어, QPSK를 사용하는 경우 반송파는 현재 기호의 두 메시지 비트 중 하나가 이전 기호의 두 메시지 비트와 다를 때마다 사인에서 코사인(즉, 90도 위상 편이)으로 순간적으로 점프한다. 이 불연속성은 의도된 대역 외부에서 발생하기 위해 전력의 상대적으로 큰 비율(예: 높은 부분적인 대역 외 출력)이 필요하여 스펙트럼 효율이 저하된다. 또한 CPM은 일반적으로 일정한 개발 파형으로 구현된다. 즉 전송된 반송파 출력이 일정하다. 따라서 CPM은 위상 연속성이 높은 스펙트럼 효율을 산출하고, 일정한 엔벨롭은 우수한 전력 효율을 산출하기 때문에 매력적이다. 일차적인 단점은 최적의 수신기에 필요한 높은 구현 복잡성이다.

위상 메모리

각 기호는 기호 지속시간에 걸쳐 캐리어의 위상을 시작 값에서 최종 값으로 점진적으로 변경함으로써 변조된다. CPM의 변조 및 격차는 각 기호의 초기 위상이 위상 메모리로 알려진 이전 전송된 모든 기호의 누적 총 위상에 의해 결정된다는 사실에 의해 복잡하다. 따라서 최적의 수신기는 전송된 기호의 전체 순서를 고려하지 않고 어떤 격리된 기호에 대한 결정을 내릴 수 없다. 이를 위해서는 Viterbi 알고리즘을 사용하여 효율적으로 구현되는 MLSE(최대우도 시퀀스 추정기)가 필요하다.

위상 궤적

최소 이동 키잉(MSK)은 초과 대역폭이 1/2이고 선형 위상 궤적이 있는 CPM의 또 다른 이름이다. 이 선형 위상 궤적은 연속적이지만 위상의 파생상품이 연속적이지 않기 때문에 매끄럽지 않다. CPM의 스펙트럼 효율은 매끄러운 위상 궤적을 이용하여 더욱 개선될 수 있다. 이는 일반적으로 상승된 코사인 또는 가우스 필터를 사용하여 변조 전 위상 궤적을 필터링하여 이루어진다. 상승된 코사인 필터는 정확히 하나의 기호 시간만큼 교차가 0으로 오프셋되어 있어 ISI(심볼간 간섭)를 방지하는 완전응답 CPM 파형을 산출할 수 있다.

부분반응 CPM

듀오 바이너리 신호와 같은 부분 응답 신호는 일정한 수의 인접 기호가 제어된 방식으로 각 기호를 간섭하는 의도적인 ISI의 한 형태다. MLSE는 ISI가 있는 상태에서 어떤 신호도 최적으로 강등시키기 위해 사용되어야 한다. 부분 응답 신호 방식과 같이 ISI의 양을 알 때마다 MLSE를 사용하여 정확한 기호 순서를 결정할 수 있다(소음이 없는 경우). 완전 반응 CPM의 최적 강등에는 이미 MLSE 검출이 필요하므로 부분 반응 신호를 사용하는 것은 추가적인 복잡성이 거의 필요하지 않지만 비교적 부드러운 위상 궤적을 제공할 수 있으므로 스펙트럼 효율이 훨씬 더 높다. 부분응답 CPM의 매우 인기 있는 형태 중 하나는 GMSK로, GSM이 세계 대부분의 2세대 휴대전화에서 사용하고 있다. 802.11 FHSS, Bluetooth 및 기타 많은 독점 무선 모뎀에도 사용된다.

연속 위상 주파수 이동 키잉

연속상 주파수 편이식(CPFSK)은 일반적으로 사용되는 주파수 편이식(FSK)의 변화로, 그 자체가 아날로그 주파수 변조의 특수한 경우다. FSK는 디지털 데이터를 사인파 반송파로 변조하는 방법으로, 데이터에 존재하는 정보를 두 주파수 중 하나(공간 주파수 및 마크 주파수라고 함) 사이의 반송파의 순간 주파수 변형으로 인코딩하는 방법이다. 일반적으로 변조된 파형이 주파수가 다른 두 사인파 사이에서 순간적으로 전환되기 때문에 표준 FSK 신호는 연속 위상이 없다.

이름에서 알 수 있듯이 CPFSK의 위상은 사실상 연속적이다. 이 속성은 신호의 불연속성이 광대역 주파수 구성요소를 도입하기 때문에 대역제한 채널을 통해 전송되는 신호에 바람직하다. 또한, 일부 종류의 증폭기는 거의 불연속 신호로 구동될 때 비선형 동작을 나타내며, 이는 전송된 신호의 모양에 원치 않는 영향을 미칠 수 있다.

이론

전송될 디지털 신호(메시지)가 m(t)이면 해당 CPFSK 신호는

[\displaystyle s(t)=]A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+D_{f}\int_{-\not_{-\not_{-\not_}^{t(\alpha )d\alpha \right)\,},}

여기서 A는_c CPFSK 신호의 진폭을 나타내고, f는_c 기본 반송파 주파수, D는_f 변조된 신호의 주파수 편차를 제어하는 파라미터다. 코사인 주장의 내부에 위치한 적분은 CPFSK 신호에 연속 단계를 제공하는 것이다. 정밀하게 평가된 함수(m(t)에 대한 적분은 불연속성을 포함하지 않는다. 메시지 신호가 인과적이라고 가정할 경우, 적분 한계는 하한 0과 상한 t로 변경된다.

이는 m(t)이 연속적이어야 한다는 것을 의미하지 않는다는 점에 유의하십시오. 사실 대부분의 이상적인 디지털 데이터 파형은 불연속성을 포함하고 있다. 그러나 불연속 메시지 신호라도 적절한 CPFSK 신호를 생성한다.

참고 항목

MSK

참조

CPFSK 파형의 표기법은 다음에서 가져온 것이다.

Leon W. Coucho II, 2001년 "디지털 및 아날로그 통신 시스템, 6판" 프렌티스 홀, Inc. ISBN 0-13-081223-4
[1] S. 쳉, R. 이이어 세샤드리, M.C. 발렌티, D. Torrieri, Proc에서 일관성 없는 연속 위상 주파수 이동 키잉의 용량. 정보에 대한 설명. Sci. and Sys (CISS), (Baltimore, MD), 2007년 3월.
CPM 최소 거리 계산기(MLSE/MLSD 바운드)

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