MODULAÇÃO DIGITAL Evelio M. G. Fernández - 2011 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

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

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 Coding & Interl. Bit-to- symbol mapping Modu- lation S/P IFFT Add CP Channel Sync FFT P/S Demod. Deinterl. & Decoding

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 Intervalo de guarda para prevenir interferência intersimbólica No receptor, a FFT é calculada somente neste intervalo de tempo TG TFFT Próximo símbolo Tempo Tempo de Símbolo IEEE 802.11a&g: TG = 0.8 ms, TFFT = 3.2 ms 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

Subportadoras Ortogonais Ortogonalidade neste intervalo Subportadora n Subportadora n+1 Símbolo anterior Tempo guarda Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Próximo símbolo

Ortogonalidade entre Subportadoras Ortogonalidade neste intervalo Subcarrier n 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. Subcarrier n+1 Símbolo anterior Guard time Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Próximo símbolo

Subcanais no Domínio da Freqüência Um subcanal Espectro OFDM Nulos espectrais nas freqüências das outras subportadoras

Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n Réplicas da subportadora n Símbolo anterior Tempoguarda Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Próximosímbolo

Efeito do Multi-Percurso na 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. Réplicas da subportadora n Símbolo anterior Guard time Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Próximo símbolo

Efeito do Multi-Percurso na 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 Réplicas da subportadora n Símbolo anterior Guard time Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Próximo símbolo

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

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

Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n Subcarrier n Explicação Matemática: Réplicas com muito retardo não são mais senoides puras! Réplicas com retardo grande Símbolo anterior Tempoguarda Parte do símbolo que é usada no cálculo da FFT no receptor Próximo símbolo

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) Subportadora Piloto Subportadoras moduladas 52 subportadoras Freqüência 16.25 MHz 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).

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-QAM Rádio 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