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M진 디지털 변조 - elearning.kocw.netelearning.kocw.net/contents4/document/lec/2013/Chungbuk/YooKwanhee/13.pdf · 디지털통신 1 충북대학교 13주차 M진 디지털 변조

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  • 디지털통신 1 충북대학교

    13주차

    M진 디지털 변조

    (1) 통과대역 신호의 표현

    (2) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

    (3) Minimum Shift Keying (MSK)

    (4) M-ary Amplitude Shift Keying (M-ASK)

    (5) M-ary Frequency Shift Keying (M-FSK)

    (6) M-ary Phase Shift Keying (M-PSK)

    (7) Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

  • 디지털통신 2 충북대학교

    M-PSK Modulation

    q M-PSK modulation

    Ÿ 개의 k-bit symbol을 반송파의 M개 위상에 대응시켜 전송하는 방식

    Ÿ M-FSK signal ( ) cos(2 ), 0 , 1, ,MPSK smcs t A f t t T m Mqp= + £ £ = L

    2m

    mMp

    q =

    q In-phase & quadrature-phase representation

    MPSK ( ) cos 2 sin 2cos 2 sin

    cos sin( ) 2( )

    m mc c

    c c

    s t A f t A f tI t Q tf t f t

    p ppq

    pq= -

    = -

    q Complex envelope( )( ()( ) ) ( ) tjI t Q ts t j eA t q= + =%

  • 디지털통신 3 충북대학교

    Signal Constellation

    q QPSK

    1 1

    1 0

    0 1

    0 0

    cos2 cf tp

    sin 2 cf tp-

    q 8-PSK

    cos ctw

    sin ctw-

    2Mp

    2Mp

  • 디지털통신 4 충북대학교

    M-PSK Demodulation q Coherent demodulation

    90- o

    cos cA tw

    sin cA tw

    0

    sT dtòsT

    ( )Iy t

    0

    sT dtòsT

    ( )Qy t

    M PSK ( )( ) cos ( ) sinc c

    s tI t t Q t tw w

    =

    -

    Sym boldecis ion

    1 2ˆ ˆ ˆ( , , , )kb b bLSym bol

    dem apping

    Iy

    Qy

  • 디지털통신 5 충북대학교

    Symbol Decisionq Symbol decision (M=8)

    ( / 4)p

    ( / 4)p-

    (3 / 4)p

    ( 3 / 4)p-

    cos c tw

    sin c tw-

    2Mp

    Mp

    0 0 0

    0 0 1

    1 1 1

    1 1 0

    1 0 1

    1 0 0

    0 1 1

    0 1 0(2 / 4)p

    ( )p

    ( 2 / 4)p-

    심 볼 판 정 경 계 선

    ( / 4)p

    ( / 4)p-

    (3 / 4)p

    ( 3 / 4)p-

    cos c tw

    sin c tw-

    2Mp

    Mp

    0 0 0

    0 0 1

    1 0 0

    1 0 1

    1 1 1

    1 1 0

    0 1 0

    0 1 1(2 / 4)p

    ( )p

    ( 2 / 4)p-

    B inary code G ray code

    판 정 영 역

    3비 트 차 이1비 트 차 이

  • 디지털통신 6 충북대학교

    Error Rate of M-PSK

    q Symbol error rate (SER)

    0 0

    22 sin , 1s ssE EP QN M N

    pæ ö÷ç» ÷ç ÷çè ø?

    q Bit error rate (BER)

    - Gray code를 사용한 경우

    0 0

    2 2 sin , 1

    sb

    b b

    PPk

    kE EQk N M N

    p

    =

    æ ö÷ç ÷ç ÷çè ø; ?

  • 디지털통신 7 충북대학교

    M-PSK의 특징q 대역효율

    Ÿ Symbol rate vs. Bit rate :

    Ÿ Symbol duration vs. Bit duration :

    Ÿ 이 커질수록

    - 대역효율은 BPSK에 비해 배 증가- BER 증가

    M 2 4 8 16 32 64

    대역효율 ( ) 0.5 1 1.5 2 2.5 3

    for BER= 10.5 10.5 14 18.5 23.4 28.5

    : null-to-null bandwidth of M-PSK signals

  • 디지털통신 8 충북대학교

    M진 디지털 변조

    (1) 통과대역 신호의 표현

    (2) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

    (3) Minimum Shift Keying (MSK)

    (4) M-ary Amplitude Shift Keying (M-ASK)

    (5) M-ary Frequency Shift Keying (M-FSK)

    (6) M-ary Phase Shift Keying (M-PSK)

    (7) Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

  • 디지털통신 9 충북대학교

    QAM Modulationq QAMK modulationŸ 정보 데이터에 따라 반송파의 진폭과 위상을 변화시켜 전송하는 방식 (ASK+PSK)

    Ÿ QAM signal

    QAM ( ) cos(2 ), 0 , 0,cos si

    , 1cos 2 sin 2n

    m m

    m

    c s

    m mc m c

    s t f t t T m Mf

    AA At f t

    qp

    pq pq

    = + £ £ = -

    = -

    L

    q Signal constellation (16-QAM) Gray coding mapping

    A

    A

    A- 3A3A-

    A-

    3A-

    3A

    cos 2cf tp

    sin 2cf tp-

    2A

    A

    A

    A- 3A3A-

    A-

    3A-

    3A0000010011001000

    0101

    0111

    0110

    1101

    1111

    00011001

    1001

    1010 1110 0010

    0011

  • 디지털통신 10 충북대학교

    QAM Modulationq 16-QAM modulation

    90- o

    cos cA tw

    sin cA tw

    S+

    +

    M ASK 1 ( )s t

    M ASK 2 ( )s t

    ( )ob t

    ( )eb t

    Q AM ( )s tS/P

    ( )b t

    bT

    2 bT

    2 to 4

    conversionlevel

    2 to 4

    conversionlevel

    2 bT

    ( )I t

    ( )Q t

    4 bT

    4 bT

    QAM ( ) cos 2 sin 2

    ( ) ( ( ), ( ) { 3, 1, 1 3

    ), }

    c cs t A f t A f tI Q tItt Q tp p= +

    Î - - + +

  • 디지털통신 11 충북대학교

    QAM Demodulation q Coherent demodulation

    90- o

    cos cA tw

    sin cA tw

    0

    sT dtòsT

    ( )Iy t

    0

    sT dtòsT

    ( )Qy t

    Q AM ( )( ) cos ( ) sinc c

    s tI t t Q t tw w

    =

    +

    Sym bol decis ion

    1 2 3 4ˆ ˆ ˆ ˆ( , , , )b b b b

    Iy

    Qy

    Sym boldem apping

  • 디지털통신 12 충북대학교

    Performance of QAMq Bit error rate (BER)

    0

    3 44 5

    bb

    EP QN

    æ ö÷ç ÷ç ÷çè ø;

    Ÿ 16-PSK에 비해 16-QAM은 약 3.5dB 이득∵ Power efficient constellation

    Ÿ QAM 시스템이 복잡하지만, 성능에서 유리하므로 더 많이 사용됨Ÿ 채널왜곡이 큰 경우, BER 크게 증가 à equalizer 사용 등으로 해결

    0000010011001000

    0101

    0111

    0110

    1101

    1111

    00011001

    1001

    1010 1110 0010

    0011

    D ecision reg ion

    D ecision boundary

  • 디지털통신 13 충북대학교

    QAM의 특징q QAM 특징 Ÿ 대역폭, 대역효율 : M-PSK와 동일Ÿ 전력효율 : M-PSK에 비해 크게 우수

    예) 동일한 평균 심볼전력일 때 16-PSK, 16-QAM 성상도 비교

    q 대역효율, 전력효율

    M 4 16 64 256 1024 4096

    대역효율 ( ) 1 2 3 4 5 6

    for BER = 10.5 15 18.5 24 28 33.5

    A

    B 1.61A B=

    16 QAM-

    16 PSK-

  • 디지털통신 14 충북대학교

    QAM vs. M-PSK

    QAM M-PSK

    대역효율 M 증가시 증가 M 증가시 증가

    전력효율 높은 편 낮은 편

    BER 성능 우수 나쁨

    시스템 복잡도 복잡 비교적 간단

    특징

    진폭, 위상 왜곡에 민감à Pilot, equalizer 사용하여

    채널영향 보상위상 왜곡에 민감

    16-QAM 이상도 사용 8-PSK 정도까지 사용

    적용 시스템고속통신, 무선통신 등에 널리 사용

    주로 저속, 전력제한 시스템, 휴대용 기기 등에 사용