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COMUNICAÇÃO DIGITAL
MODULAÇÃO DIGITAL
Evelio M. G. Fernández - 2011
Espaço de Sinais 4-PAM
1
Modulações Digitais Básicas
ASK – Amplitude Shift Keying
PSK – Phase Shift Keying
FSK – Frequency Shift Keying
Representação Canônica de Sinais Passa-Faixa
Energia de um Pulso de RF
inteiro,se,2
4
4sin
2
2cos
2
0
2
0 0
222
nT
nf
TAE
f
tftA
dttfAdttsE
c
T
c
c
T T
c
T
t
+ A
- A
1/fc
s(t)
Espaço de Sinais – PSK Binário Coerente
Geração e Detecção Coerente de Sinais BPSK
Espaço de Sinais – QPSK Coerente
QPSK Deslocado (Off-Set QPSK, OQPSK)
Duas Constelações QPSK
/4 – QPSK
Constelação de Sinais 8-PSK
Constelação 16-QAM
2
1 1
Padrão ITU Tipo de Modulação Taxa de bits, b/s
Taxa de símbolos,
bauds V.21 FSK binário 300 300 V.22 bis QPSK 1200 600 V.26 QPSK 2400 1200 V.27 8-PSK 4800 2400 V.32 16-QAM 9600 3429 V.34 1024-QAM 28800
a) Modems Simétricos
V.34 Alta velocidade
4 constelações 240-QAM 33600
V90: Descida Digital 56000 b) Modems assimétricos Subida V.34 alta vel. 33600
Padrões de Modem de Banda de Voz
Constelação V.32
Constelação V.34
Espaço de Sinais – FSK Binário Coerente
Geração e Detecção de Sinais FSK Binários
Receptor FSK Binário não Coerente
Espaçamento Mínimo de Freqüências FSK não Coerente
Pulso Formatador - GMSK
Espectro de Potência MSK e GMSK
Espectro de Potência GSM
Espectro de Potência – M-FSK
Modulação OFDM
OFDM é utilizada nos seguintes sistemas:
• IEEE 802.11a&g (WLAN)• IEEE 802.16a (WiMAX)• ADSL (DMT = Discrete MultiTone) systems• DAB (Digital Audio Broadcasting)• DVB-T (Digital Video Broadcasting)
OFDM é espectralmente eficiente, mas não é eficiente em termos de potência (devido aos requerimentos de linearidade dos amplificadores de potência).
Diagrama de Blocos de um Sistema OFDM
IFFTIFFTCoding
& Interl.
Coding &
Interl.
Bit-to-symbol
mapping
Bit-to-symbol
mapping S/PS/P Add
CPAddCP
FFTFFT P/SP/SSyncSync
Modu-lationModu-lation
Demod. Demod. Deinterl.
& Decoding
Deinterl. &
Decoding
ChannelChannel
Modulação das Subportadoras e Codificação
N subportadoras ou subcanais carregam N símbolos em paralelo (= transmitidos ao mesmo tempo). Um símbolo pode carregar 1 bit (BPSK), 2 bits (4-PSK), 4 bits (16-QAM), or 6 bits de dados (64-QAM). N símbolos em paralelo formam um símbolo OFDM.
Para cada método de modulação existem diferentes opções de codificação para controle de erros. O código utilizado será determinante no cálculo da taxa de transmissão de dados. Ex: códigos convolucionais de taxa 1/2, e puncionados com taxas 2/3 e 3/4.
Sinal de uma Subportadora no Domínio do Tempo
Tempo
Intervalo de guarda para prevenir interferência intersimbólica
No receptor, a FFT é calculada somente neste intervalo de tempo
Tempo de Símbolo
Próximo símbolo
TG
IEEE 802.11a&g: TG = 0.8 s, TFFT = 3.2 s
IEEE 802.16a oferece alocação de banda flexível (i.e. símbolos de comprimento variável) e escolha de TG: TG/TFFT = 1/4, 1/8, 1/16 or 1/32
TFFT
Subportadoras Ortogonais
Tempo guarda
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subportadora n
Subportadora n+1
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Ortogonalidade neste intervalo
Ortogonalidade entre Subportadoras
Guard time
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subcarrier n
Subcarrier n+1
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Ortogonalidade neste intervalo
Cada subportadora tem um número inteiro de ciclos no intervalo de cálculo da FFT.
Se esta condição é válida, o espectro de um subcanal contém nulos espectrais nas freqüências de todas as outras subportadoras.
Subcanais no Domínio da Freqüência
Um subcanal Espectro OFDM
Nulos espectrais nas freqüências das outras subportadoras
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n
Tempoguarda
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subportadora n
Símbolo anterior
Próximosímbolo
Réplicas da subportadora n
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n
Guard time
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subportadora n
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Réplicas da subportadora n
Tempo de guarda não excedido:
As réplicas não afetam as propriedades de ortogonalidade da subportadora no domíno da freqüência. Ainda há nulos espectrais nas freqüências das outras subportadoras.
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n
Guard time
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subportadora n
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Réplicas da subportadora n
Explicação Matemática:
A soma de senoides (da mesma freqüência e com amplitudes e fases diferentes) = ainda uma senoide pura com a mesma freqüência
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n
Tempoguarda
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subportadora n
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Réplicas com retardo grande
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n
Guard time
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subportadora n
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Réplicas com retardo grande
Tempo de guarda excedido:
As réplicas afetam as propriedades de ortogonalidade dos subcanais no domínio da freqüência. Não haverão mais nulos espectrais nas freqüências das outras subportadoras => interferência inter-portadoras.
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n
Tempoguarda
Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor
Subcarrier n
Símbolo anterior
Próximo símbolo
Réplicas com retardo grande
Explicação Matemática:
Réplicas com muito retardo não são mais senoides puras!
Resumo: Características da Modulação OFDM
O desvanecimento devido à propagação por múltiplos percursos (fading) não provoca interferência intersimbólica ou interferência inter-portadoras se o intervalo de guarda é suficientemente longo.
Porém, o fading provoca seletividade em freqüências na banda de transmissão. Portadoras piloto são utilizadas para corrigir (equalizar) a magnitude e a fase das subportadoras recebidas nas freqüências das portadoras piloto.
OFDM exemplo 1: IEEE 802.11a&g (WLAN)
48 subportadoras moduladas + 4 subportadoras piloto. Centrado em cada subportadora há um subcanal transportando dados com taxa de transmissão baixa (taxa de transmissão baixa sem interferência intersimbólica).
52 subportadoras
Freqüência16.25 MHz
Subportadoras moduladas
Subportadora Piloto
OFDM exemplo 2: IEEE 802.16a (WiMAX)
Somente 200 das 256 subportadoras são usadas: 192 subportadoras moduladas + 8 portadoras piloto.
Aplicações de Modulações Digitais
Tipo de Modulação Aplicação
MSK, GMSK GSM, CDPD (Cellular Digital Packet Data
BPSK Deep space telemetry, cable modems
QPSK, /4 DQPSK Satélite, CDMA, DVB-S, cable modems
OQPSK CDMA, Satelite
FSK, GFSK Paging, AMPS, land mobile
8, 16-VSB ATSC, broadcast, cable (TV digital)
8-PSK Satélite, aviação
16-QAMRádio digital (microondas), modems, ISDB-T, DVB-T,
redes sem fio
32-QAM Microondas terrestres, ISDB-T, DVB-T
64-QAM DVB-C, modems, set top boxes, redes sem fio
256-QAM, Modems, DVB-C, Vídeo Digital
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