2 Phasenmodulationen: DPSK und QPSK
2.2 QPSK- und DQPSK-Modulationen

Modulationsprinzip

Differential Quadrature Phase-Shift Keying (DQPSK) ist eine mehrstufige Modulation mit Quadraturphasenumtastung.

QPSK entspricht zwei unabhängigen BPSK-Systemen und hat deshalb eine ähnliche Leistung aber eine doppelte spektrale Effizienz.

  • Den Bitpaaren werden einzelne Phasen zugeordnet, zum Beispiel:
    • 00 → 45°
    • 01 → 135°
    • 10 → 315°
    • 11 → 225°

Es gibt viele Varianten von QPSK – man kann den Bitpaaren unterschiedliche Phasenzustände zuordnen und die benachbarten Paaren können auch unterschiedlich sein.

  • Bei der DQPSK-Modulation entsprechen Bitpaare gegebenen Phasenverschiebungen (nicht konkreten Phasenwerten) gegenüber der Anfangsphase oder mit anderen Worten um 90° zwischen den benachbarten Symbolen.
  • Man kann die Anfangsphase als 0° voraussetzen (aber in der Praxis kann sie ungleich null sein).
    • 00 → Verschiebung um 0° gegenüber dem Anfangsphasenwert
    • 01 → Verschiebung um 90° gegenüber dem Anfangsphasenwert
    • 10 → Verschiebung um 180° gegenüber dem Anfangsphasenwert
    • 11 → Verschiebung um 270° gegenüber dem Anfangsphasenwert

Vorteile

  • Die Symbolrate ist um die Hälfte langsamer als die Bitrate.
  • DQPSK hat ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis (engl. Signal to Noise Ratio, SNR). Die Leistungsebene des nützlichen Signals ist viel höher als der Rauschpegel.
  • Beständigkeit gegen Polarisationsmodendispersion dank längerer Symbole.
  • Erhöhte Beständigkeit gegen chromatische Dispersion.
  • Enges optisches Spektrum.
  • NRZ-DQPSK ist vielversprechend für Hochgeschwindigkeitsübertragungen sogar in der Größenordnung von einigen Terabits.
  • DQPSK ist für passive optische Netze (PON) mit 40 Gbit/s geeignet.
  • RZ-DQPSK ermöglicht eine Verlängerung der optischen Reichweite.
  • RZ-DPSK ist gegen optische Nichtlinearitäten für einen Kanal mit 160 Gbit/s beständig.
  • Unter den DQPSK-Formaten können die höchsten Werte des Q-Faktors für jeden optischen Kanal bei RZ-DQPSK erzielt werden.

Kombinierte Sende-Empfangsgeräte (Transceiver)

Konstruktion des Sende-Empfangsgerätes:

  • Ein NRZ-DQPSK-Sender besteht aus zwei Codierern: sowohl das Phasen- als auch das Quadratursignal wird in die elektrische Wellenform umgewandelt, die von zwei MZM gesteuert werden.
  • Der Laser im kontinuierlichen Betrieb wird für beide MZM verwendet. Der Ausgang eines der Modulatoren geht durch einen Phasenmodulator zu einer zusätzlichen Phasenverschiebung um 90° durch, die für die Quadraturkomponente erforderlich ist.
  • Die beiden Signale werden kombiniert, um ein moduliertes DQPSK-Signal herzustellen.
  • Das Sende-Empfangsgerät enthält zusätzlich zwei Tiefpassfilter zwischen dem Generator des elektrischen Signals und den MZM, um die Umwandlung des binären Signals ins elektrische Signal zu verbessern.
  • Bei RZ-DQPSK wird ein zusätzlicher MZM zur Realisierung von RZ eingesetzt.
  • Ein DQPSK-Empfänger verwendet zwei DPSK-Empfänger für Empfang von Quadratur- und Phasensignal. Jeder dieser Empfänger besteht aus einem einstellbaren MZI und zwei PIN-Detektoren.
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Prinzip der QPSK-Modulation. Beispiel des Konstellationsdiagramms. Den Bitpaaren werden einzelne Symbole zugeordnet. Weil es vier Kombinationen von zwei Bits gibt, hat die Modulation vier Zustände.
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Beispiel des Konstellationsdiagramms der OOK- und BPSK-Modulation. Im Konstellationsdiagramm werden Phase und Amplitude angezeigt.