Quadraturphasenumtastung
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Die Quadraturphasenumtastung oder Vierphasen-Modulation (englisch Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) ist ein digitales Modulationsverfahren in der Nachrichtentechnik. Bei der QPSK können pro Sendesymbol zwei Bits übertragen werden. Dadurch verdoppelt sich die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite (spektrale Effizienz).
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[Bearbeiten] Eigenschaft
Wesentliche Eigenschaft ist, dass die vier im nebenstehenden Konstellationsdiagramm in der komplexen Ebene eingezeichneten Symbolpunkte einen betragsmäßig exakt gleichen Abstand zum Nullpunkt aufweisen. Das bedeutet, dass die Amplitude keine Information trägt sondern ausschließlich die Phase. Davon leitet sich auch der Name dieser Modulationstechnik ab. Jeder Informationspunkt ist Träger von zwei Informationsbits. Trotzdem wird diese Modulationstechnik manchmal nicht ganz korrekt als Quadraturamplitudenmodulation (4-QAM) bezeichnet, da sie zu kombinierten Phasen- und Amplitudenmodulationen wie 16-QAM in der Darstellung des Konstellationsdiagrammes eine gewisse Ähnlichkeit aufweist.
[Bearbeiten] Funktion
Das Verfahren funktioniert so: Der serielle Datenstrom eines NRZ-Signals wird zunächst mit einem Demultiplexer auf zwei parallele Pfade aufgeteilt. Nun können je zwei Bits, so genannte Dibits, verarbeitet werden. Diesen Dibits wird die Funktion eines komplexen Symbols mit Real- und Imaginärteil zugeordnet. Als Träger werden zwei kosinusförmige Signale derselben Frequenz verwendet, von denen eines um 90° phasenverschoben ist. Das QPSK-Signal ist also die Addition zweier PSK-Signale. Das Empfangsverfahren funktioniert umgekehrt.
Die QPSK wird bei der Signalübertragung in digitalen Satellitenkanälen, bei der terrestrischen Ausstrahlung digitaler Signale und auch bei drahtgebundenen Übertragungsverfahren verwendet.
[Bearbeiten] π/4-QPSK
Eine wesentliche Erweiterung von QPSK ist π/4-QPSK. Bei herkömmlicher QPSK besteht das Problem, dass der Übergang zwischen zwei diagonalen Sendesymbolpunkten in der komplexen Ebene durch den Nullpunkt führt. Dies bedeutet im Übergang zwischen diesen diagonalen Sendesymbolen eine Absenkung der Amplitude, der so genannten Einhüllenden, auf praktisch null. Dies erschwert auf Empfängerseite das notwendige Synchronisieren und begünstigt durch Nichtlinearitäten im Übertragungsweg Signalverzerrungen und Störfrequenzen.
Eine Abhilfe stellt π/4-QPSK dar. Dabei wird unabhängig von den Nutzdaten nach jedem Sendesymbol ein zusätzlicher Phasensprung von π/4 (45°) vorgenommen. Damit wird sichergestellt das der Übergang zwischen zwei Symbolen niemals durch den Ursprung geht, d.h. immer eine Trägeramplitude gesendet wird. Außerdem wird die Taktsynchronisiation auf Empfängerseite erleichtert, da unabhängig von den Nutzdaten und deren Codierung immer regelmäßig Phasensprünge im Empfangssignal vorhanden sind.
[Bearbeiten] Weitere Anwendungen
FAX-Maschinen: Eine bekannte Anwendung, in der man ein QPSK-Signal auch mithören kann, ist die Übertragung von Schwarzweiß-Bildern (Faksimiles) über das Telefonnetz. Unmoduliert würde sich der Träger wie ein reiner Sinuston anhören. Durch die Modulation wird das Signal jedoch breitbandiger. Der schnell und laufend umgetastete Träger hört sich dann wie ein Rauschen an.
Mittlerweile findet diese Art der Modulation auch Anwendung bei der sogenannten HSDPA-Technik in UMTS-Netzen. Hierbei wird die Datenrate von ca. 384 kbit/s auf ca. 2Mbit/s angehoben.
[Bearbeiten] Literatur
- Hermann Rohling: Einführung in die Informations- und Codierungstheorie, Stuttgart: Teubner Verlag 1995. ISBN 3-519-06174-0
