Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) ist ein digitales Modulationsschema, das in Kommunikationssystemen zur Übertragung von Daten über Hochfrequenzkanäle verwendet wird. Bei der Erzeugung eines QPSK-Signals werden digitale Daten auf eine Trägerwelle moduliert, indem deren Phase manipuliert wird. Hier ist eine detaillierte Erklärung, wie man ein QPSK-Signal erzeugt:
1. Digitale Dateneingabe:
- QPSK funktioniert durch die Codierung digitaler Daten in Symbole, die jeweils eine einzigartige Phasenverschiebung darstellen. Der erste Schritt besteht darin, die eingehenden digitalen Daten zu nehmen und in Bitpaare zu gruppieren.
2. Symbolzuordnung:
- Weisen Sie jedes Bitpaar einer bestimmten Phasenverschiebung zu. Bei QPSK gibt es vier mögliche Phasenverschiebungen: 0°, 90°, 180° und 270°. Diese Phasenverschiebungen entsprechen den Symbolen (00), (01), (10) und (11).
3. Trägerwellenerzeugung:
- Erzeugen Sie zwei Trägerwellen mit einer Phasendifferenz von 90 Grad. Diese Träger werden oft als „In-Phase“- (I) und „Quadratur“-Komponenten (Q) bezeichnet.
- Die Trägerwelle kann dargestellt werden als: �(�)=�cos(2����)I(t)=Acos(2πfct) �(�)=�sin(2����) Q(t)=Asin(2πfct)
- Wobei �A die Amplitude der Trägerwelle, ��fc die Trägerfrequenz und �t die Zeit ist.
4. Modulation:
- Multiplizieren Sie den Inphase-Träger (�(�)I(t)) mit der Inphase-Komponente des Symbols und multiplizieren Sie den Quadraturträger (�(�)Q(t)) mit der Quadraturkomponente des Symbols.
- Das modulierte QPSK-Signal (�(�)S(t)) wird durch Kombination dieser beiden modulierten Träger erhalten: �(�)=�(�)⋅Re{�(�)}+�(�)⋅Im{� (�)}S(t)=I(t)⋅Re{s(t)}+Q(t)⋅Im{s(t)}
- Wobei �(�)s(t) das komplexe Symbol darstellt und Re{⋅}Re{⋅} und Im{⋅}Im{⋅} den Real- bzw. Imaginärteil bezeichnen.
5. Übertragung:
- Das modulierte QPSK-Signal wird dann über den Kommunikationskanal übertragen.
6. Empfang und Demodulation:
- Am Empfänger wird das QPSK-Signal demoduliert, um die ursprünglichen digitalen Daten wiederherzustellen.
- Das empfangene Signal wird mit den Inphase- und Quadraturträgern multipliziert und die resultierenden Signale werden tiefpassgefiltert.
7. Symbol-Demapping:
- Basierend auf der Phase des demodulierten Signals die empfangene Phase wieder den entsprechenden Bitpaaren zuordnen.
- Dieser Prozess wandelt die empfangenen QPSK-Symbole zurück in die ursprünglichen digitalen Daten.
Die Erzeugung eines QPSK-Signals erfordert eine sorgfältige Manipulation von Trägerwellen und Phasenverschiebungen, um digitale Informationen in modulierter Form darzustellen. Diese Modulationsmethode ermöglicht eine effiziente Nutzung der Bandbreite und eine zuverlässige Datenübertragung in Kommunikationssystemen.