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COMUNICAÇÃO DIGITAL MODULAÇÃO DIGITAL Evelio M. G. Fernández - 2011.

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1 COMUNICAÇÃO DIGITAL MODULAÇÃO DIGITAL Evelio M. G. Fernández

2 Espaço de Sinais 4-PAM 1

3 Modulações Digitais Básicas ASK – Amplitude Shift Keying PSK – Phase Shift Keying FSK – Frequency Shift Keying

4 Representação Canônica de Sinais Passa-Faixa

5 Energia de um Pulso de RF

6 Espaço de Sinais – PSK Binário Coerente

7 Geração e Detecção Coerente de Sinais BPSK

8

9 Espaço de Sinais – QPSK Coerente

10

11 QPSK Deslocado (Off-Set QPSK, OQPSK)

12 Duas Constelações QPSK

13 /4 – QPSK

14 Constelação de Sinais 8-PSK

15 Constelação 16-QAM 2 1 1

16 Padrões de Modem de Banda de Voz

17 Constelação V.32

18 Constelação V.34

19 Espaço de Sinais – FSK Binário Coerente

20 Geração e Detecção de Sinais FSK Binários

21 Receptor FSK Binário não Coerente

22 Espaçamento Mínimo de Freqüências FSK não Coerente

23

24 Pulso Formatador - GMSK

25 Espectro de Potência MSK e GMSK

26 Espectro de Potência GSM

27 Espectro de Potência – M-FSK

28 Modulação OFDM OFDM é utilizada nos seguintes sistemas: IEEE a&g (WLAN) IEEE a (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).

29 Diagrama de Blocos de um Sistema OFDM IFFT Coding & Interl. Coding & Interl. Bit-to- symbol mapping Bit-to- symbol mapping S/P Add CP Add CP FFT P/S Sync Modu- lation Modu- lation Demod. Deinterl. & Decoding Deinterl. & Decoding Channel

30 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.

31 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 TGTG IEEE a&g: T G = 0.8 s, T FFT = 3.2 s IEEE a oferece alocação de banda flexível (i.e. símbolos de comprimento variável) e escolha de T G : T G /T FFT = 1/4, 1/8, 1/16 or 1/32 T FFT

32 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

33 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.

34 Subcanais no Domínio da Freqüência Um subcanalEspectro OFDM Nulos espectrais nas freqüências das outras subportadoras

35 Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n Tempog uarda Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Subportadora n Símbolo anterior Próximo símbolo Réplicas da subportadora n

36 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.

37 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

38 Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n Tempog uarda Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Subportadora n Símbolo anterior Próximo símbolo Réplicas com retardo grande

39 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.

40 Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n Tempog uarda 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!

41 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.

42 OFDM exemplo 1: IEEE a&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 Freqüência MHz Subportadoras moduladas Subportadora Piloto

43 OFDM exemplo 2: IEEE a (WiMAX) Somente 200 das 256 subportadoras são usadas: 192 subportadoras moduladas + 8 portadoras piloto.

44

45 Aplicações de Modulações Digitais Tipo de ModulaçãoAplicação MSK, GMSKGSM, CDPD (Cellular Digital Packet Data BPSKDeep space telemetry, cable modems QPSK, /4 DQPSK Satélite, CDMA, DVB-S, cable modems OQPSKCDMA, Satelite FSK, GFSKPaging, AMPS, land mobile 8, 16-VSBATSC, broadcast, cable (TV digital) 8-PSKSatélite, aviação 16-QAM Rádio digital (microondas), modems, ISDB-T, DVB-T, redes sem fio 32-QAMMicroondas terrestres, ISDB-T, DVB-T 64-QAMDVB-C, modems, set top boxes, redes sem fio 256-QAM,Modems, DVB-C, Vídeo Digital


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