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Modos relativos/diferenciales de modulación de fase.
El motivo de escribir este artículo viene de una discusión en el foro acerca de la ambigüedad que existe en la definición de las modulaciones de fase relativas o diferenciales.
Trataremos de entender estos conceptos con las limitaciones que supone un artículo. El asunto no es muy complejo aunque demanda una cierta atención y paciencia así como algunas referencias históricas al asunto en cuestión.
Comenzaremos por definir dos conceptos muy diferentes, ya que hay varios malentendidos en la definición de los modos diferenciales.
Existen la codificación diferencial y la modulación diferencial. Estos mecanismos son muy diferentes aunque a veces se confundan uno con otro.
La codificación diferencial tiene una historia muy interesante. Originalmente fue desarrollada y probada en la práctica por investigadores rusos. Al principio fue duro y difícil lograr la aceptación de la codificación diferencial. Hoy en día parece algo lógico y natural aunque en sus orígenes tuvo numerosos detractores.
Antes de la codificación diferencial solo se usaba codificación absoluta. En codificación absoluta un carácter/símbolo concreto se corresponde a un estado absoluto de fase en la constelación. Para PSK-2 son 0 y 1. Para PSK-4 el símbolo son dos bits que se corresponden a los valores 00,01,10 y 11. En PSK-8 son tres bits y así sucesivamente.
En la actualidad, los problemas que esto presenta son fácilmente apreciables. Solo es necesario saltar el estado inicial de fase del demodulador y la demodulación de la señal será incorrecta.
En el pasado la modulación PSK-2 estaba muy extendida e incluso se acuño el termino “inversión de datos” para cuando el 1 correspondía a 0 y viceversa. Para evitar la inversión de datos se introdujeron en el mensaje secuencias especiales por lo que al inicio los mensajes llevaban secuencias de sincronización y ajuste de fase previas al mensaje propiamente dicho.
En PSK-2 era sencillo evitar este efecto usando una secuencia conocida. En PSK-4 y PSK-8 no era tan simple. Esta fue una de las razones del poco éxito que tuvo la modulación de fase hasta hace no mucho tiempo. Durante largo tiempo esta modulación fue considerada poco eficiente y sin futuro para la transmisión de información.
De manera inesperada, allá por los 50, el científico ruso Petrovich N. T. propuso una solución muy interesante. Se trataba de codificar los caracteres/símbolos no de una manera absoluta sino de una manera diferencial en función del valor de los caracteres adyacentes.
La solución era tan genial, inteligente e inesperada que muchos expertos sencillamente la ignoraron. No querían ni oír hablar de las matemáticas que la sustanciaban. Y surgió toda una lucha para lograr el reconocimiento del método de codificación diferencial. Aunque hoy nos pueda parecer ridículo y jocoso, en aquellos tiempos el autor tuvo que soportar las chanzas y el descrédito de los que no creían en él. Se negaban sistemáticamente a escucharle arguyendo que era una pérdida de tiempo.
Para gloria del autor, a pesar de los inconvenientes y de los detractores del método, continuó su trabajo haciendo pruebas y ensayos que demostraron de una manera brillante e irrefutable que la codificación diferencial no solo evitaba los problemas de la inversión de datos en la modulación absoluta de fase sino que también abría un prometedor futuro para la modulación de fase.
Por ello, la actualmente bien conocida codificación diferencial supuso muchos problemas e inconvenientes allá por los años 50 para su descubridor. Esta es la pequeña historia al respecto. :-)
Y de vuelta a nuestros asuntos, observe con atención que estamos hablando de codificación diferencial.
La modulación de fase en si permanece como siempre. Lo que se hace es reemplazar en la serie de bits los valores absolutos por sus correspondientes diferenciales. Esto permite ignorara los valores concretos de fase para el carácter/símbolo y sustituirlos por los valores de diferencia de fase que resulta de símbolos adyacentes. Como resultado, hace que el demodulador sea insensible a los valores concretos de fase evitando el principal problema de la codificación absoluta que era la inversión de datos.
En este sentido, la codificación relativa con el poco coste de uno o dos símbolos facilita la demodulación correcta de la señal desde el inicio para cualquiera angulo inicial de fase. Ademas, la codificación diferencial aumenta enormemente las posibilidades de las modulaciones de fase actuales.
Después del reconocimiento y adopción de la codificación relativa, comenzaron varias investigaciones sobre la modulación de fase. Y gracias a Petrovich N.T. que al fin tuvo el reconocimiento merecido, la modulación de fase ocupó el lugar que le corresponde como sistema de transmisión de información.
Tanto los originalmente excépticos como algunos amigos trabajaron desde entonces en la búsqueda de ideas y soluciones en esta dirección.
Y rápidamente apareció la modulación diferencial de fase, no la codificación, pero esto ya era inevitable y previsible.
Diferencias entre la codificación diferencial y la modulación diferencial (casos comunes)
1). En la codificación diferencial se altera el flujo de bits sin variar la norma de funcionamiento del modulador en sí.
2). En la modulación diferencial, el flujo de bits no se altera sino que se varia la norma de funcionamiento del modulador de fase.
Podría parecer que ambos métodos hacen lo mismo pero no es así. Los resultados son totalmente diferentes. Claro que en amos casos la respuesta del modulador no depende de los estados concretos sino de las transiciones entre estados. Es muy importante entender este punto ya que aquí reside mayormente el problema que origina la confusión entre ambos métodos.
En modulación diferencial siempre se produce un cambio de posición entre los estados de la constelación. Esto solventa dos problemas:
1- Hay una total garantía de recuperación del reloj de velocidad de modulación ya que nunca permanece en el mismo estado.
2- Y dado que el carácter/símbolo esta codificado como una variación en el angulo de fase entere dos puntos de la constelación, la demodulación es insensible e independiente del estado de fase inicial al igual que sucede con la codificación diferencial.
La diferencia entre estos dos métodos diferenciales se puede observar en las constelaciones resultantes.
Modulación de fase absoluta con codificación diferencial del flujo de bits.
El modo de modulación de fase admite al menos tres denominaciones diferentes.
PSK4 o QPSK -significan lo mismo- que es un modo de modulación de fase absoluta.
DQPSK -denominación habitual de este modo- en el que se usa codificación diferencial y modulación de fase absoluta.
Como puede observarse, de la constelación no se puede deducir si se ha usado o no codificación diferencial.
No es de extrañar ya que la codificación diferencial se efectuá sobre el flujo de bits y no altera el modo en el que evoluciona la constelación. La “diferencialidad” se debe al flujo de bits y no requiere otras medidas especificas en la modulación.
Modulación de fase diferencial. Los dibits se muestran como ejemplo.
Este modo se conoce como pi/4 QPSK y corresponde a un modo de modulación de fase diferencial. Esto requiere que el modulador seleccione el angulo de salto al siguiente punto de la constelación dependiendo del dibit a transmitir. Se puede ver claramente que la constelación parece una PSK-8 absoluta, y es una PSK-4 diferencial en la que el angulo mínimo de salto es de 45 grados (de ahí el nombre de pi/4).
Los modos de modulación diferencial se consiguen controlando los saltos de las constelaciones absolutas para obtener constelaciones diferenciales.
Hay varias ventajas en ambos métodos de modulación diferencial , como se puede ver en la abundante literatura al respecto. Por supuesto, la codificación relativa se puede efectuar en el modulador, aplicando la conversión en el flujo de bits a los ángulos de modulación directamente, lo que se usa frecuentemente, pero esto no cambia que sea una codificación relativa aunque se ejecute usando un método avanzado y moderno.
Hay que remarcar que la modulación de fase diferencial tiene algunas ventaja más. Como podemos ver en la imagen, las transiciones entre estados nunca pasa por 0. Los cambios de fase de 180 º no se usan. De esta manera, los requisitos de linealidad del transmisor no son tan estrictos y el comportamiento de los filtros no distorsiona la señal. El precio a pagar por ello (para la misma velocidad de transmisión) es que se disminuye la capacidad de transferencia de datos de la señal.
En este ejemplo, la velocidad es equivalente a la de una PSK-4 aunque de la impresión de ser mayor debido a que la constelación parece una PSK-8.
Suerte y al toro.
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| Файл создан: 19 Jun 2010 04:08, посл. исправление: 19 Jun 2010 04:23 |
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