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コンステレーション ダイアグラムは、直交振幅変調や位相シフト キーイングなどの デジタル変調方式によって変調された信号の表現です。[1]シンボルサンプリング時点での複素平面における2 次元のxy平面散布図として信号を表示します。位相図と同様に、水平軸から反時計回りに測定された点の角度は、基準位相からの搬送波の位相シフトを表します。原点からの点の距離は、信号の振幅または電力の測定値を表します。これは、 I/Q データのヒート マップと考えることができます。
デジタル変調システムでは、情報は一連のサンプルとして送信され、各サンプルは均一なタイムスロットを占めます。各サンプル中、搬送波は一定の振幅と位相を持ち、有限数の値の 1 つに制限されます。したがって、各サンプルは有限数の「シンボル」の 1 つをエンコードし、これが 1 つ以上の2 進数(ビット) の情報を表します。各シンボルは搬送波の振幅と位相の異なる組み合わせとしてエンコードされるため、各シンボルは星座図上の点 (星座点) で表されます。星座図は、システムによって送信できるすべての可能なシンボルを点の集合として示します。周波数または位相変調信号では、信号振幅は一定であるため、点は原点の周りの円上にあります。
各シンボルを表す搬送波は、"I" または同相搬送波を表すコサイン波と、 "Q" または直交搬送波と呼ばれる、I 搬送波から 90° シフトした正弦波をさまざまな量で加算することによって作成できます。したがって、各シンボルは複素数で表すことができ、星座図は、水平の実軸がI 成分を表し、垂直の虚軸がQ 成分を表す複素平面と見なすことができます。コヒーレント検出器は、これらの搬送波を個別に復調できます。この 2 つの個別に変調された搬送波を使用する原理は、直交変調の基礎です。純粋な位相変調では、変調シンボルの位相は搬送波自体の位相であり、これが変調信号の最適な表現です。
「信号空間ダイアグラム」は、各シンボルを表す点の正しい位置を示す理想的な星座図です。通信チャネルを通過した後、信号に追加された電子ノイズまたは歪みにより、復調器で受信された振幅と位相は、シンボルの正しい値と異なる場合があります。星座図にプロットすると、受信サンプルを表す点は、そのシンボルの正しい位置からオフセットされます。ベクトル信号アナライザと呼ばれる電子テスト機器は、信号をサンプリングし、受信した各シンボルを点としてプロットすることで、デジタル信号の星座図を表示できます。結果は、各シンボルの位置を囲む点の「ボール」または「クラウド」になります。測定された星座図を使用して、信号内の干渉と歪みの種類を認識できます。
解釈
ダイアグラム内の星座点の数は、各サンプルで送信できるシンボルの「アルファベット」のサイズを示し、サンプルごとに送信されるビット数を決定します。これは通常、2 の累乗です。たとえば、4 つの点があるダイアグラムは、2 ビットの 4 つの組み合わせ (00、01、10、11) すべてを個別にエンコードできる変調方式を表し、サンプルごとに 2 ビットを送信できます。したがって、一般に星座点による変調では、サンプルごとにビットが送信されます。
通信チャネルを通過した後、信号は復調器によってデコードされます。復調器の機能は、各サンプルをシンボルとして分類することです。復調器が特定のシンボルとして分類するサンプル値のセットは、各星座点の周囲に描かれた平面内の領域によって表すことができます。ノイズによって、サンプルを表す点が別のシンボルを表す領域に迷い込んだ場合、復調器はそのサンプルを別のシンボルと誤認し、シンボル エラーが発生します。ほとんどの復調器は、実際に送信されたものの推定値として、受信したサンプルの星座点に最も近い (ユークリッド距離の意味で) 星座点を選択します。これは、最尤検出と呼ばれます。星座図では、これらの検出領域は、隣接する各点のペアから等距離の線で平面を分割することによって簡単に表すことができます。
隣接する各ポイント間の距離の半分は、ポイントの 1 つが他のポイントと誤認され、シンボル エラーが発生するために必要な付加的なノイズまたは歪みの振幅です。したがって、ポイント間の距離が離れるほど、変調のノイズ耐性は高くなります。実際の変調システムは、シンボル エラーが発生するために必要な最小のノイズを最大化するように設計されています。つまり、星座図では、隣接する各ポイント間の距離が等しいことを意味します。
受信信号の品質は、ベクトル信号アナライザで受信機の信号の星座図を表示することで分析できます。いくつかの種類の歪みは、図に特徴的なパターンとして表示されます。
- ガウスノイズにより、サンプルは各星座点の周りでランダムな球状に着地する。
- 非コヒーレントな単一周波数干渉は、各星座点の周りを円を描くサンプルとして表示されます。
- 位相ノイズは、原点を中心とした円弧状に広がる星座点として現れる。
- アンプの圧縮によりコーナーポイントが中央に向かって移動する
コンステレーション ダイアグラムは、1 次元信号に対するアイ パターンと同様の現象を視覚化します。アイ パターンを使用すると、変調の 1 次元におけるタイミングジッターを確認できます。
参照
参考文献
- ^ ANDREW S. TANENBAUM (2011).コンピュータネットワーク. PRENTICE HALL. pp. 131–132. ISBN 978-0-13-212695-3。