PSK modulaator

Sissejuhatus

Kõikides digitaalmodulatsiooni viisides kasutatakse lõplikku arvu signaalikujusid, et üle kanda informatsiooni ning sellest tulenevalt koondatakse digitaalmodulatsioonid ühise nimetaja – manipulatsiooni alla.
Faasmanipulatsioon ehk PSK (inglise keeles phase-shift keying) on üks mitmest erinevast digitaalmodulatsiooni liigist, kus andmete ülekanne toimub kandesignaali faasi muutes ehk moduleerides. Igale signaali faasiväärtusele on vastavusse viidud bitikombinatsioon, mida nimetatakse sümboliks. Vastavalt faasmanipulatsiooni tüübile saab ühes sümbolis olla kas üks või mitu biti. Samuti oleneb sellest ka erinevate faasiväärtuste hulk.
Näiteks BPSK (binaarse faasmanipulatsiooni) puhul edastatakse ühes sümbolis üks bitt ning kuna erinevaid bitiväärtusi on 2, siis vajalikuks osutub 2¹=2 erinevat faasiväärtust. Joonisel 1 on kujutatud esimeses reas moduleerivat digitaalsignaali, teises reas kandesignaali ning kolmandas reas moduleeritud BPSK signaali.
QPSK (kvadratuurse faasmanipulatsiooni) puhul edastatakse sümbolis 2 bitti ning sellise infohulga edastamiseks on vaja kasutada 2²=4 erinevat faasiväärtust.

Kõrgema tasemeline PSK – MPSK

Suuremate bitikiiruste saavutamiseks kasutatakse mitme, M-tasemelist faasmanipulatsiooni. Üldjuhul võetakse erinevate faasiväärtuste hulk arvu 2 astmetena: M = 2n, kus n = 1, 2, 3, ... Viimane on just selle tõttu, et M väärtuste arv on optimaalne digitaaledastuse jaoks. Praktikas võetakse M väärtuseks 4 või 8, sest reaalsetes tingimustes liitub edastuskanalis PSK signaalile ka müra. Müra mõjul hakkavad vastuvõtul tekkima bitivead, sest saadetud biti otsustusläved on juba üksteisele lähemal. Seda on näha 4PSK ehk QPSK (kvadratuurne faasmanipulatsioon) ja 8PSK konstellatsioonidiagrammidel vastavalt joonistel 5 ja 6. 
Võttes näiteks QPSK, selgub, et kõrgematasemelise faasmanipulatsiooni tekitamisel muutub plokkskeem keerulisemaks. Nimelt nüüd on vaja kahte erinevat korrutit, jada-paralleelmuundurit, faasiviite ahelat, summaatorit ning filtreid.
Jada-paralleelmuunduri tööpõhimõte on kõige hõlpsamalt selgitatav lihtsa näite põhjal. Kui jada-paralleelmuunduri sisendisse tuleb bitijada 0111010, siis selle esimesse väljundisse tulevad paarituarvulistel kohtadel ning teise väljundisse paarisarvulistel kohtadel asetsevad bitid. Seega esimeses väljundis oleks meie näite puhul bitijada 0100 ning teises väljundis oleks bitijada 111. Jada-paralleelmuundur on vajalik, et edastada ühes sümbolis mitut bitti.
Reaalsetes rakendustes on vajalik ka signaalide filtreerimine, et eemaldada signaalide spektrist ebavajalikke sageduslikke komponente, mis võivad tekkida näiteks korrutamise puhul.
Faasiviite 90° ehk radiaanides π/4 tekitamine on vajalik, sest erinevad bitijadad tuleb korrutada üksteise suhtes ortogonaalsete signaalidega, et oleks võimalik nende hilisem kokku liitmine. Need ortogonaalsed signaalid on üksteise suhtes 90° nihkes olevad sin ja cos signaalid.
QPSK modulaatori plokkskeem on kujutatud joonisel 7, kus MPF tähistab madalpääsfiltrit, RF ribafiltrit. Ka siinsel juhul peab sisendbitijada väljastama väärtusi −1 V ja +1 V.
Veelgi suurematesemelise PSK modulaatori loomisel suureneb ka keerukus. Nimelt sel juhul muutub jada-paralleelmuunduri ehitus, jääb alles kaks ortogonaalset kanalit ning muutub signaalinivoode arv.
Saavutamaks suuremaid edastuskiirusi, kombineeritakse amplituudmanipulatsiooni ja faasmanipulatsiooni, et konstellatsioonidiagrammil asetseksid signaalipunktid üksteisest kaugemal, mistõttu oleks võimalik ühes sümbolis edastada rohkem bitte.

PSK kasutus

Satelliit-televisiooniedastuse standardis DVB-S ning selle uuemas versioonis DVB-S2 kasutatakse QPSK-d ja 8PSK-d.
Traadita võrgu standardis IEEE 802.11b-1999 kasutatakse vastavalt vajaminevale edastuskiirusele erinevaid PSK variante. Näiteks tavapärase 1 Mbit/s kiiruse saavutamiseks kasutatakse DPSK-d ning suurema, 2 Mbit/s kiiruse saavutamiseks kasutatakse DQPSK-d.
Niisamuti kasutatakse neid modulatsiooniviise ka traadita võrgu standardis IEEE 802.11g-2003.
Bluetooth 2 Enchanced Data Rate standardis kasutatakse suurema, 2 Mbit/s, infoedastuskiiruse saamiseks π /4–QPSK modulatsiooniviisi ning veelgi suurema, kuni 3 Mbit/s kiiruse saavutamiseks 8PSK-d.