2 Fázové modulace: DPSK a QPSK
2.2 Modulace QPSK a DQPSK

Princip modulace

Differential Quadrature Phase-Shift Keying (DQPSK) – jedná se o vícestavovou modulaci s kvadraturním klíčováním fázovým posuvem.

QPSK lze realizovat jako dva nezávislé BPSK systémy, vyznačuje se podobnou kvalitou přenosu, ale nabízí dvojnásobnou spektrální efektivitu.

  • Dvojicím bitů se přiřazuje určitá fáze, například:
    • 00 → 45°
    • 01 → 135°
    • 10 → 315°
    • 11 → 225°

Existuje mnoho variant QPSK – dvojici bitů lze přiřadit i jiné stavy fáze; jiné mohou být také sousední dvojice.

  • V případě modulace DQPSK odpovídají dvojícím bitů dané fázové posuny (nikoliv konkrétní hodnoty fáze). Uvádí se fázový posun vůči počáteční fázi nebo lze také uvažovat fázový posun o 90° mezi sousedními symboly.
  • Pro jednoduchost výkladu můžeme předpokládat počáteční fázi 0° (v praxi nemusí být nulová).
    • 00 → posun o 0° vůči počáteční hodnotě fáze.
    • 01 → posun o 90° vůči počáteční hodnotě fáze.
    • 10 → posun o 180° vůči počáteční hodnotě fáze.
    • 11 → posun o 270° vůči počáteční hodnotě fáze.

Výhody

  • Symbolová rychlost je dvakrát pomalejší než bitová rychlost
  • DQPSK se vyznačuje dobrými vlastnostmi ve smyslu odstupu signálu od šumu – Signal to Noise Ratio (SNR). Úroveň výkonu užitečného signálu je mnohonásobně vyšší, než je úroveň šumu
  • Je odolná proti polarizační vidové disperzi díky delším symbolům
  • Zvýšená odolnost proti chromatické disperzi
  • Úzké optické spektrum     
  • NRZ-DQPSK je perspektivní pro vysokorychlostní přenosy v řádu terabitů
  • DQPSK je vhodná pro 40 Gbit/s Pasivní Optické Sítě (PON) sítě
  • RZ-DQPSK umožňuje prodloužit optický dosah
  • RZ-DPSK je odolná proti optickým nelinearitám, pokud uvažujeme jeden 160 Gbit/s kanál
  • U DQPSK lze největší hodnotu optického Q-faktoru popisujícího kvalitu přenosu v optickém kanále dosáhnout pro variantu RZ-DQPSK.

Kombinované vysílače (transceivery)

Konstrukce transceiveru:

  • NRZ-DQPSK vysílač se skládá ze dvou kodérů: fázový a kvadraturní signál je konvertován na elektrické průběhy, které řídí dva MZM modulátory.
  • Laser pracující v kontinuálním režimu se používá pro oba MZM. Výstup jednoho z nich prochází fázovým modulátorem, dochází k dodatečnému posunu fáze o 90°, který je požadován pro kvadraturní složku.
  • Oba signály se kombinují a vytváří modulovaný DQPSK signál.
  • Transceiver dále obsahuje dvě dolní propusti mezi generátorem elektrického signálu a MZM pro vylepšení konverze binárního signálu na elektrický.
  • U RZ-DQPSK se používá dodatečný MZM pro realizaci návratu k nule.
  • DQPSK přijímač používá dva DPSK přijímače pro příjem kvadraturního a fázového signálu. Každý se skládá s laditelných MZI a dvou PIN detektorů.
image
Princip QPSK modulace. Příkladový konstelační diagram. Dvojicím bitů se přiřazují jednotlivé symboly. Jelikož lze vytvořit čtyři kombinace dvou bitů, modulace má čtyři stavy.
image
Příkladový konstelační diagram OOK a BPSK modulace. Fáze a amplituda jsou zobrazeny v konstelačním diagramu.