sistemas de telecomunicaciones cap 3-3 (ss)
DESCRIPTION
Modulacion de pulsos Multinivel: QAMTRANSCRIPT
Plan Complementario
SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES
EIE 846
Francisco Apablaza M. 2013
Programa Objetivos:
Conocer, Comprender y Aplicar los principales componentes y fundamentos conceptuales de los sistemas de Telecomunicaciones.
Contenidos:
Clasificación de los sistemas de telecomunicaciones
Información, Señales y Ruido
Proceso de codificación de: fuente, canal y línea
Procesos de Modulación: lineal, angular y
digital Multiplexión: FDM-TDM-WDM
Sistemas radioeléctricos
Sistemas ópticos 2
MODULACION DIGITAL CON PORTADORA MODULADA – 1. Modulación Binaria de Amplitud (Amplitude-Shift Keying, ASK)
– 2. Modulación Binaria de Frecuencia (Frequency-Shift Keying, FSK)
– 3. Modulación Binaria de Fase (Phase-Shift Keying, PSK)
– 4. Modulación Binaria Diferencial de Fase (Differential PSK, DPSK)
MODULACION DIGITAL M-aria – QPSK
– QAM
– TCM
– OFDM
3
MODULACION DIGITAL
La modulación multinivel, agrupa varios bits y define nuevos símbolos ó estados de modulación de M=2L elementos (L dígitos binarios).
Se facilita su representación en forma fasorial: Constelaciones o representación en el dominio espacio-señal. La tasa de Tx es de Rb= LRs bps
(Rb: tasa binaria y Rs:
tasa de símbolos/seg BAUDIOS).
4
MODULACION DIGITAL M-aria
Aumenta el rendimiento de uso del canal. Si bien se puede aplicar en ASK, FSK y PSK, es el último el mas usado.
5
MODULACION DIGITAL M-aria
La velocidad de información: Vi =(1/Ts) log2M = Vs log2L
101011010110101100101101011
6
101 011 010 110 101 100 101 101 011 S1 S2 S3 S4 S1 S5 S1 S1 S2
PSK - 8 M = 8, L = 3
MODULACION DIGITAL M-aria Data binaria:
Agrupación tribits, conv.serie-paralelo:
De la representación fasorial, se puede deducir que la generación de cualquier espacio-señal, se puede conseguir con una combinación de 2 señales en cuadratura.
7
I
Q
Acos ct
Asen ct
-Acos ct
-Asen ct
MODULACION DIGITAL M-aria
Hay sistemas de 256; 512 e incluso 4096 estados.
8
MODULACION DIGITAL M-aria
El ancho de banda de la señal PSK M-aria es del orden de 2fs. Como fs = fb/L, entonces hay reducción por factor L. En rigor, se aumenta L veces la velocidad de información por igual BW.
9
Para 4 estados (4PSK) M=4 , L=2 “dibit”
MODULACION QPSK
Eligiendo:
10
MODulador
MODULACION QPSK
DEModulador
11
Para sincronismo se recupera fc
LPF Idem para lado b
MODULACION QPSK
Sobre 8PSK, los ángulos adyacentes son muy cercanos, por ello se definen estados de amplitud y fase: QAM
12
En recepción la señal varía por las imperfecciones del canal, por lo tanto el circuito de decisión puede “equivocar”: P(error)
MODULACION QPSK … QAM
Uso de código Gray
Modulación Ortogonal o en Cuadratura (QAM)
En gral. es una doble banda lateral moduladas ortogonalmente por dos fuentes independientes de datos que se trasmiten por el mismo canal.
13
xc (t) = m1(t) cos(2πfc t) + m2(t) sen(2πfc t)
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Modulador MQAM:
14
Demodulador MQAM:
La cantidad de información : I = log2M
M:posibles estados
La velocidad de información: Vi =(1/Ts) log2M = Vs log2M= Vs L
Vs = Veloc. de modulación ó señalización en Baudios
Constelaciones QAM
15
Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
La probabilidad de error multinivel:
16
Tbaud = LTbit
M= 2L
Para PSKM-aria
17
Para DPSK M-aria
La probabilidad de error multinivel:
Modulación TCM
Para contrarrestar los efectos de los errores, se incluye codificación en el proceso de modulación. Es usar codificación de canal incorporado al proceso de decisión de la señal recibida.
Usando un codificador convolucional se genera un bit de redundancia utilizado para identificar subconjuntos de la constelación…. TRELLIS COD MOD
18
TCM: malla, entramado, rejilla
Recibe esta denominación por el aspecto de la gráfica de trayectoria de los estados de modulación.
19
Ejms. de redundancia de código (3,2)
Modulación TCM
Un ej. de codificador:
20
Para una secuencia de entrada hay una trayectoria específica, por lo tanto en un instante dado, se puede deducir cual es el estado anterior y el mas probable próximo.
Modulación TCM
21
Constelación de 128 estados 27: 6 bits de datos+1 redundante
De los 7 bits que definen cada estado, 4 fijan un estado dentro de una subconstelación.
Modulación TCM
22
Con los otros 2 bits se genera un 3º mediante el cod convolucional que define la subconstelación a la que pertenece el dato en ese instante.
Luego en el receptor la decisión se sigue algoritmo de Viterbi para predecir el estado de mayor probabilidad.
OFDM
Orthogonal Frequency Division Modulation (multiplexing), es un sistema multiportadora y multinivel, que segmenta la secuencia de datos en bloques que modulan subportadoras. El canal se divide en muchos subcanales.
23
Cada estado de mod usa todo el canal
Cada subcanal lleva parte de los datos
Utiliza portadoras sen(x)/x
24
Efectivo para contrarrestar deterioro propagación multipaso y ruido impulsivo.
Evita ecualización de H(w) del canal, por ser cada subcanal de banda angosta.
OFDM
Cada fc de subportadoras es múltiplo entero de frecuencia de símbolos.
Tantas frecuencia fc como subcanales.
Son señales orthogonales:
25 Ej. Sólo 3 subport. Ts
OFDM
Se modula en n-QAM
26
2 posible valores de subportadora en Ts
OFDM
27
Salida típica de muestras IFFT Estos valores son la suma de muchas muestras de muchas sinusoides – como señal aleatoria.
IFFT modula y Multiplexa en un paso.
OFDM
Receptor:
28
Influencia en Tpo del Multipaso del canal
Influencia en Frec. del Multipaso del canal
OFDM
29
Aplicaciones: ADSL; DVB; DAB; WiFi; Wimax; LTE
OFDM
MODULACION DIGITAL En todos los procesos previos los pulsos son una señal ideal, pero en Rx con distorsión, ruido e ISI es necesario asegurar una correcta decisión del estado lógico transmitido. Para ello debe haber además:
Flt Nyquit o Rise Cos
Sinc de portadora y de Reloj
scrambler
30
Los pulsos transmitidos no tienen cambios instantáneos , tampoco los filtros son ideales.
31
MODULACION DIGITAL
Utilización de filtros adaptados y de ecualización… “pulse shaping” para minimizar ISI.
Filtro Nyquit o “coseno alzado”
32
Es un FLT realizable y salida sin ISI.
MODULACION DIGITAL
La demodulación sincrónica no es problema con la estabilidad de osciladores a Xtal, pero para det coherente el sinc de fase es mas complejo. Se usan secuencias de “training”, con lo cual se adquiere enganche en fase. Tan importante o mas es el sincronismo de reloj, para ello ayuda incluir “scrambler-descrambler”
33
MODULACION DIGITAL
Esquemas de sincronismo de portadora
34
MODULACION DIGITAL
Esquema de sincronismo de reloj
35
MODULACION DIGITAL
Factores de comparación
SNR
Pe o BER
Eficiencia de potencia p
Eficiencia espectral f
36
El máximo posible:
Comportamiento en multitrayectoria y no linealidades.
Costo-complejidad
37
Factores de comparación
Probabilidad de error
Otras comparaciones de performance
38
Factores de comparación
39
Factores de comparación
40
Factores de comparación
En todo sistema de comunicaciones digitales, se tendrá siempre presente uno o mas de los procesos estudiados en este capítulo.
41
Conclusión:
Preguntas: ¿ ?
Refs para profundizar
Digital and Analog Comm. Systems, Sam Shammugan
Sistemas de Comunicación, B.P.Lathi
Técnicas de Modulación, Briceño
Modulación angular, UValladolid
Apuntes prof. R.Villarroel PUCV
42
Investigar: 1.- Averiguar que tipo de modulación se utiliza en modem DOCSIS y ADSL.
2.- Determinar gráficamente las señales en las distintas etapas de un modulador 16QAM, para una secuencia de entrada correspondiente a su NOMBRE en ASCCI, terminando con los puntos correspondientes en la constelación de la señal transmitida.
43