8 mod digital sel0360

8 mod digital sel0360

modulação digital 1

Modulação Digital – sel0360

psk marcelo bj modulação digital marcelo bj 2

estuda a transmissão dos dígitos binários através de um canal passa banda,

o trem de pulsos modula (chaveia) algum parâmetro de uma portadora senoidal.

introdução amplitude frequência fase modulação digital 3 informação na forma digital

em sistemas de comunicações, podemos classificar o sinal de informação em dois tipos:

sinal analógico: sinal cuja amplitude varia continua continuamente com o tempo,

sinal digital: a amplitude do sinal apresenta somente dois valores

1 (tensão positiva +V) ou 0 (0 ou tensão negativa –V). Sua forma de onda é conhecida como de trem de pulsos.

sinal analógico

00 0 1 1 0 1 1 0

sinal digital V marcelo bj t t modulação digital 4 informação na forma digital sinal continuo no tempo, sinal amostrado, discreto no tempo sinal digital.

marcelo bj

11 0 0 1 1 1 1

t t modulação digital 5 informação na forma digital

•nos sistemas PCM cada pulso é digitalizado por uma palavra código de 8 bits,

•em áudio, as palavras apresentam 16 bits (12 + 4).

duração da palavra = Ta Tb duração do bit

Ta = intervalo de amostragem

00 0 1 1 0 1 1 0

modulação digital 6

A modulação digital é utilizada quando se quer transmitir os dados digitais através de canais de comunicação passa-banda.

•link de micro-ondas, atmosfera, cabo, fibras ópticas

O sinal de informação consiste de um trem de pulsos do tipo NRZ (não retorno ao zero). Ele irá chavear algum parâmetro da portadora senoidal.

marcelo bj

taxa de bits para 1 canal: • fb = Rb = número de bits da palavra / Ta

Tb modulação digital 7

o processo de modulação digital envolve o chaveamento de algum parâmetro de uma portadora senoidal,

a amplitude, frequência ou fase.

do mesmo modo que na transmissão analógica tem-se três tipos básicos de modulação digital, identificadas pelas siglas: ASK, FSK e PSK.

ASK: modulação por deslocamento (chaveamento) de amplitude,

FSK: modulação por deslocamento (chaveamento) da frequência,

PSK: modulação por deslocamento (chaveamento) da fase.

estes tipos básicos e algumas variantes serão estudados a seguir.

marcelo bj

modulação digital 8 tipos básicos de modulação digital

0 2E0 ASK

E0 FSK

E0 PSK

10 1 0

marcelo bj

modulação digital 9 modulação por chaveamento de amplitude - ASK

modula a amplitude da portadora pelo sinal binário na banda básica:

amplitudes: 2E0 → bit 1 - ou nula → bit 0, corresponde à modulação AM com índice de modulação 100%,

geração: moduladores AM ou chaveamento do portadora de RF.

fb/2 - fb/2 f0 - fb/2 f0 largura de faixa mínima de transmissão

 BwASK = 2BMIN = fbem que BMIN = fb/2

marcelo bj BwASK modulação digital 10

Demodulador: detectores de envoltória ou demodulação coerente.

Transmissor: similar aos usados em AMDSB.

Nomenclatura: ASK transmissão binária,

MASK transmissão de M símbolos.

marcelo bj modulação digital 1 ASK marcelo bj

Inconvenientes da modulação ASK: 50% da energia do sinal é gasta na transmissão da portadora,

o detector de envoltória apresenta baixa relação sinal-ruído,

modulação mais sensível aos efeitos de dispositivos não lineares e ao ruído.

Tem-se sistemas mais eficientes:

AMDSB-SC na qual não há desperdício da portadora (semelhante ao PSK),

a detecção coerente melhora a SNR.

Aplicação do ASK:

apesar dos inconvenientes ela é utilizada em sistemas QAM nos quais amplitude e fase são combinadas para transmitir a informação.

modulação digital 12

duas senóides de mesma amplitude e frequências diferentes transmitem os bits “0” e “1”.

corresponde a dois sistemas ASK tais que:

ASK1 f1 para o sinal digital.

ASK2 f2 para o complemento do sinal digital.

assim, o sistema FSK é encarado como a soma de dois sistemas ASK complementares.

f1-BMINf1 f0 f2 f2+BMIN

marcelo bj

1 bitoparatf bitoparatf te modulação por chaveamento de frequência - FSK modulação digital 13 FSK

marcelo bj parâmetros

Considerando f = (f2 - f1)/2 BwFSK = 2BMIN + 2 f O desvio de fase é definido por:

= f/ BMIN A frequência central é dada por:

f1-BMIN f1 f0 f2 f2+BMIN

modulação digital 14 marcelo bj

FSK saída FPBN (f1)

FPBN (f2)

Demodulação: pode ser feita utilizando dois detectores de envoltória.

Problemas no processo de detecção:

os mesmos da modulação AM. •ruído no processo de detecção, distorções.

modulação digital 15

Demodulação com PLL

VCO FPBX FSK saída

Vantagens da modulação FSK:

apresenta as propriedades da modulação angular (menor sensibilidade ao ruído).

Desvantagens: largura de faixa (Bw) é duas vezes a do sistema ASK,

transmissão das portadoras.

marcelo bj

modulação digital 16 modulação por chaveamento de fase - PSK

marcelo bj

Dois ângulos de fase 0º (0 rad) e 180o ( rad) são utilizados para representar os estados 1 e 0 do sinal digital.

o sinal PSK pode ser representado pela seguinte equação:

0 bitoparatfE bitoparatfE te

um deslocamento de 180o na portadora produz uma inversão de sinal na portadora,

podemos representar o sistema PSK por um sistema AMDSB-SC.

modulação digital 17 17

O sistema PSK corresponde a uma modulação (AMDSB-SC) apresenta propriedades da modulação angular,

apresenta largura de faixa da modulação em amplitude,

•Bw = 2BMIN igual à do sistema ASK.

o sinal PSK pode então ser representado pela seguinte equação:

marcelo bj

modulação digital 18 marcelo bj

Vantagens:

menor sensibilidade ao ruído e distorções – (propriedades da modulação angular),

largura de faixa menor do que o sistema FSK,

economia de 50% de potência na transmissão.

Demodulação do sinal PSK detector coerente

PSK FPBN (f0) recuperação da portadora modulação digital 19

problemas:

deve-se recuperar a portadora com sincronismo de frequência e fase

necessidade de se transmitir um pequeno nível da portadora.

paso contrário recuperação com ambiguidade de fase: 0º ou 180o • pode-se detectar o complemento do sinal.

nomenclaturas: BPSK PSK transmissão binária.

QPSK 4 níveis (fases).

MPSK transmissão de M símbolos.

marcelo bj

modulação digital 20 tftek

M fases distintas são utilizadas para transmitir os bits de informação, cada fase transmitida representa v bits tais que;

o sinal M-PSK pode ser escrita como,

exemplo: constelação para M =16, v = 4.

16-PSK marcelo bj modulação digital 21 modulação QPSK - PSK em quadratura ou 4-PSK

quatro fases ( 45º, 135º, -45º e -135º) são utilizadas para codificar os bits.

dbitfase
0135º
0145º
10-135º
1-45º

A cada dois bits consecutivos (DBIT) associa-se uma das fases).

vantagem

redução na taxa de transmissão de símbolos pela metade.

esquema de geração:

conversor série paralelo

Tb

90º QPSK eI eQ cos(w0t) marcelo bj modulação digital 2

distribuidor de sequências: coloca alternadamente nas duas saídas os bits do sinal digital.

Uma das saídas é atrasada de Tb segundos. Tem-se duas sequências, SI e SQ, que formam os dbits.

1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 S/P Tb 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 SI

0 0 1 1 1 0 0 SQ

observe que a taxa de símbolos destas sequências foi reduzida para a metade.

a sequência SI modula uma portadora com fase nula e a SQ modula a portadora com fase 90º.

tem-se dois sinais BPSK: eI(t) e eQ(t)

estes dois sinais são somados para gerar o sinal QPSK.

marcelo bj modulação digital 23

observe que eI tem fases 0º e 180º e eQ tem fases 90º e -90º. A soma: eI + eQ apresenta fases 45º, 135º, -45º, e -135º.

o intervalo entre símbolos é 2Tb a taxa de transmissão é reduzida para a metade.

sistemas QPSK com mesma largura de banda que o PSK transmitem o dobro de informação.

45º135º
-45º-135º

Composição das fases representação das Fases

1 0 constelação marcelo bj

modulação digital 24 demodulação coerente para o sistema QPSK

FPBN Tb

~ 90º

0 twVtwVVtwee QIIQPSKI

0 twVtwVVtwee IQQQPSKQ

na entrada:

eles são filtrados e aplicados nos regeneradores para recuperar SI e SQ.

o circuito intercalador de sequências recupera a sequência de bits. marcelo bj

modulação digital 25 modulação QAM

QAM modulação em amplitude e em quadratura. é uma extensão do sistema M-PSK (fases múltiplas),

combina deslocamentos amplitude (ASK) e de fase (PSK),

representação: M-QAM.

em que:

 resultando nos sistemas 4-QAM, 8-QAM, 16-QAM,256-QAM.

para v = 2 tem-se o sistema QPSK.

cada estado está relacionado com v bits o que permite uma redução na largura de faixa para 1/v em relação ao sistema BPSK.

constelação para os sistemas 16-PSK e 16-QAM

16-QAM marcelo bj

modulação digital 26 exemplo: sistema 16QAM

Separador de Sequências

3T 2T

DA 90o cosw0t

YI = VIcosw0t

YQ = VQsenw0t fb fb/4

Níveis: A e 3A Atraso

Filtro marcelo bj

modulação digital 27 composição dos sinais - 16QAM

YI = VIcosw0t - YQ = VQsenw0t - Vi e VQ A, -A, 3A, -3A

1 0 yQ yI 3A

3A -3A

14 13 marcelo bj modulação digital 28 diagrama em blocos do demodulador - 16QAM recuperador da portadora 90o paralelo

série

FBx

FBx extração de relógio marcelo bj

modulação digital 29 probabilidade de erro 1 - PSK; 2 - FSK e ASK; 3 - DEBPSK.

05 10 15 20 25

SNR - dB

12 3

marcelo bj

modulação digital 30

sistemabps/Hz
Eb/N0 2-PSK1 10.6
4-PSK / 4-QAM2 10.6
8-PSK3 14.0
16-PSK4 18.3
16-QAM4 14.5
32-QAM5 17.4
64-QAM6 18.8

comparação de sistemas M-PSK e M-QAM

probabilidade de erro : PE = 10-6.

densidade de informação:

R b

SNR [dB] marcelo bj modulação digital 31 apêndices marcelo bj

modulação digital 32 constelação É a representação da modulação digital no plano complexo (I,Q),

I – in-phase, representa o eixo real cos(w0 t), Q – quadrature, representa o eixo imaginário sen(w0 t),

•exemplo para o QPSK – 4PSK

V101  /4
V20  3/4
V310  -3/4
V41  -/4

01 0 1 0 01 10 I cos(w0 t)

Q sen(w0 t) marcelo bj

•observe que as palavras adjacentes diferem somente em um bit.

modulação digital 3 marcelo bj radio OFDM

Comentários