A Konstellationsdiagramm ist eine Darstellung eines Signals, das durch ein digitales Modulationsschema wie Quadraturamplitudenmodulation oder Phasenumtastung moduliert wird. [1] Es zeigt das Signal als ein zweidimensionales xy -Ebenenstreudiagramm in der komplexen Ebene an zu Symbol-Abtastzeitpunkten. Der Winkel eines Punktes, gemessen gegen den Uhrzeigersinn von der horizontalen Achse, repräsentiert die Phasenverschiebung der Trägerwelle von einer Referenzphase. Die Entfernung eines Punkts vom Ursprung repräsentiert ein Maß für die Amplitude oder Leistung des Signals.
In einem digitalen Modulationssystem werden Informationen als eine Reihe von Abtastwerten übertragen, die jeweils einen einheitlichen Zeitschlitz belegen. Während jeder Abtastung hat die Trägerwelle eine konstante Amplitude und Phase, die auf einen von einer endlichen Anzahl von Werten beschränkt ist, so dass jeder Abtastwert eines von einer endlichen Anzahl von "Symbolen" codiert, die wiederum eine oder mehrere binäre Ziffern (Bits) darstellen. von Informationen. Jedes Symbol wird als unterschiedliche Kombination aus Amplitude und Phase des Trägers codiert, sodass jedes Symbol durch einen Punkt im Konstellationsdiagramm dargestellt wird, der als Constellation Point bezeichnet wird. Das Konstellationsdiagramm zeigt alle möglichen Symbole, die das System als eine Sammlung von Punkten übertragen kann. In einem frequenz- oder phasenmodulierten Signal ist die Signalamplitude konstant, sodass die Punkte auf einem Kreis um den Ursprung liegen.
Der Träger, der jedes Symbol darstellt, kann durch Addieren verschiedener Beträge einer Cosinuswelle, die den In-Phase-Träger "I" oder repräsentiert, und eine Sinuswelle, die um 90 ° gegenüber dem I-Träger verschoben ist, erzeugt werden genannt "Q" oder Quadratur Träger. Somit kann jedes Symbol durch eine komplexe Zahl dargestellt werden, und das Konstellationsdiagramm kann als komplexe Ebene betrachtet werden, wobei die horizontale reelle Achse die I-Komponente und die vertikale imaginäre Achse die Q-Komponente darstellt. Ein kohärenter Detektor kann diese Träger unabhängig voneinander demodulieren. Dieses Prinzip der Verwendung von zwei unabhängig modulierten Trägern ist die Grundlage der Quadraturmodulation. Bei der reinen Phasenmodulation ist die Phase des modulierenden Symbols die Phase des Trägers selbst und dies ist die beste Darstellung des modulierten Signals.
Ein "Signalraumdiagramm" ist ein ideales Konstellationsdiagramm, das die korrekte Position des Punktes zeigt, der jedes Symbol darstellt. Nach Durchlaufen eines Kommunikationskanals können aufgrund von elektronischem Rauschen oder Verzerrung, die dem Signal hinzugefügt werden, die vom Demodulator empfangenen Amplituden und Phasen von den korrekten Werten für das Symbol abweichen. Bei der Darstellung in einem Konstellationsdiagramm wird der Punkt, der diesen empfangenen Abtastwert darstellt, von der korrekten Position für dieses Symbol versetzt. Ein elektronisches Testgerät, das als Vektorsignalanalysator bezeichnet wird, kann das Konstellationsdiagramm eines digitalen Signals anzeigen, indem es das Signal abtastet und jedes empfangene Symbol als Punkt darstellt. Das Ergebnis ist eine "Kugel" oder "Wolke" aus Punkten, die jede Symbolposition umgibt. Gemessene Konstellationsdiagramme können verwendet werden, um die Art der Interferenz und Verzerrung in einem Signal zu erkennen.
Interpretation [ edit ]
Die Anzahl der Konstellationspunkte in a Das Diagramm gibt die Größe des "Alphabets" der Symbole an, die von jeder Probe übertragen werden können, und bestimmt so die Anzahl der pro Probe übertragenen Bits. Dies ist normalerweise eine Potenz von 2. Ein Diagramm mit vier Punkten stellt beispielsweise ein Modulationsschema dar, das alle 4 Kombinationen von zwei Bits: 00, 01, 10 und 11 separat codieren kann und somit zwei Bits pro Abtastwert übertragen kann. Im Allgemeinen überträgt also eine Modulation mit Konstellationspunkten Bits pro Abtastung.
Nach dem Durchlaufen des Kommunikationskanals wird das Signal von einem Demodulator decodiert. Die Funktion des Demodulators besteht darin, jede Probe als Symbol zu klassifizieren. Der Satz von Abtastwerten, die der Demodulator als ein gegebenes Symbol klassifiziert, kann durch einen Bereich in der Ebene dargestellt werden, der um jeden Konstellationspunkt gezeichnet ist. Wenn Rauschen dazu führt, dass der Punkt, der einen Abtastwert repräsentiert, in den Bereich übergeht, der ein anderes Symbol darstellt, wird der Demodulator diesen Abtastwert falsch als das andere Symbol identifizieren, was zu einem Symbolfehler führt. Die meisten Demodulatoren wählen als Schätzwert dessen, was tatsächlich übertragen wurde, den Konstellationspunkt, der (im Sinne der euklidischen Distanz) dem der empfangenen Probe am nächsten liegt; Dies wird als Maximum-Likelihood-Erkennung bezeichnet. In dem Konstellationsdiagramm können diese Erfassungsbereiche leicht dargestellt werden, indem die Ebene durch Linien geteilt wird, die von jedem benachbarten Paar von Punkten gleich weit entfernt sind.
Ein halber Abstand zwischen jedem Paar benachbarter Punkte ist die Amplitude des additiven Rauschens oder der Verzerrung, die erforderlich ist, um einen der Punkte als den anderen falsch zu identifizieren und somit einen Symbolfehler zu verursachen. Je weiter die Punkte voneinander getrennt sind, desto größer ist die Rauschimmunität der Modulation. Praktische Modulationssysteme sind so ausgelegt, dass das zur Erzeugung eines Symbolfehlers minimale Rauschen maximiert wird. Im Konstellationsdiagramm bedeutet dies, dass der Abstand zwischen jedem Paar benachbarter Punkte gleich ist.
Die Qualität des empfangenen Signals kann analysiert werden, indem das Konstellationsdiagramm des Signals am Empfänger auf einem Vektorsignalanalysator angezeigt wird. Einige Verzerrungstypen zeigen sich als charakteristische Muster im Diagramm:
- Gaußsches Rauschen bewirkt, dass die Samples in einer zufälligen Kugel um jeden Konstellationspunkt landen.
- Nicht-kohärente Einzelfrequenzinterferenz zeigt sich als Samples, die Kreise um jeden Konstellationspunkt bilden.
- Das Phasenrauschen zeigt sich als Konstellationspunkte, die sich auf zentrierte Bögen ausbreiten der Ursprung
- Durch die Verstärkerkompression bewegen sich die Eckpunkte in Richtung Mitte.
Ein Konstellationsdiagramm visualisiert Phänomene, die denen eines Augenmusters für eindimensionale Signale ähneln. Das Augenmuster kann verwendet werden, um Timing-Jitter in einer Modulationsdimension zu sehen.
Siehe auch [ edit ]
Referenzen [ edit ]
- ^ ANDREW S. TANENBAUM. COMPUTERNETZWERKE . PRENTICE HALL. S. 131–132. ISBN 0-13-212695-8.
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