1- 1Fundamentos de Telecomunicações

11

Fundamentos de TelecomunicaçõesFundamentos de TelecomunicaçõesFundamentos de Telecomunicações

ISEL-DEETC-SST

Modulação Digital

Noções de Modulação Digital

FT – Noções de modulação digital 22

SumárioSumário

Tipos básicos de modulação

Espaços de sinais e funções de base

Canais I e Q

Noção de símbolo, bit e baud

Constelações M-PSK

Modulação I e Q

Pulse shaping

Modulação M-QAM

1- 2Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 33

Tipos básicos de modulaçãoTipos básicos de modulação

Objectivo– Converter a informação a transmitir (sinal em banda

de base) por forma a que possa ser enviada pelocanal de transmissão

Processo– Alterar algum parâmetro numa sinusoide por forma a

representar a informação que se pretende enviar

Tipos básicos de modulação– ASK – Amplitude Shift Keying

– FSK – Frequency Shift Keying

– PSK – Phase Shift Keying

FT – Noções de modulação digital 44

Amplitude Shift KeyingAmplitude Shift Keying

Amplitude Shift Keying: altera-se a amplitude da portadora em função da informação

Caso particular do ASK: On-Off Keying

1- 3Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 55

Frequency Shift KeyingFrequency Shift Keying

Altera-se a frequência da portadora em função da informação a transmitir

Ex. de caso particular de FSK binário: usa-se f1 e f2para transmitir bit 1 e bit 0, respectivamente

FT – Noções de modulação digital 66

Phase Shift KeyingPhase Shift Keying

Altera-se a fase da portadora sinusoidal para transmitir informação

Ex. de PSK binário:

1- 4Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 77

Algumas notas sobre ASK e PSKAlgumas notas sobre ASK e PSK

– ASK é sensivel aos efeitos dos dispositivos não

lineares que distorcem a amplitude do sinal. Para

minimizar este efeito, o sistema é utilizado na zona linear destes dispositivos.

– Usam-se técnicas que combinam o ASK e o PSK para

criar sistemas híbridos de modulação como o QAM onde a amplitude e fase são alterados em simultâneo

FT – Noções de modulação digital 88

Espaços de sinais e funções de baseEspaços de sinais e funções de base

Espaço de sinais usa método geométrico para conceptualizar o processo de modulaçãoNo espaço cartesiano:– Vector é descrito pelas coordenadas (x,y)

– Qualquer vector se descreve pela combinação linear

das funções de base (1,0) e (0,1) que são ortogonais

entre si

Outras funções de base podem ser impulsos unitários disjuntos no tempo...

1- 5Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 99

Funções de baseFunções de base

Características– - Tem energia unitária como os vectores (1,0) e (0,1)

– São ortogonais entre si:

– Funções muito usadas em comunicações: seno e

coseno

FT – Noções de modulação digital 1010

Canais I e QCanais I e Q

Um sinal pode ser encarado com um vectorUm sinal pode ser descrito na forma polar ou rectangular (projecção em I e Q)

Amplitude: Fase:

1- 6Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 1111

Simbolos, bits e baudsSimbolos, bits e bauds

Bit – unidade de informação

Símbolo – unidade de transmissão de energia– Pode transmitir uma certa quantidade de bits

Baud – taxa de símbolos de um sistema de comunicação– Ex: Num sistema em que o símbolo transporta 10 bit e

que transmite ao ritmo de 300 baud, significa que transmite 3000 bit/segundo

FT – Noções de modulação digital 1212

BPSK BPSK –– Binary Phase Shift KeyingBinary Phase Shift Keying

Função de base: coseno

Fase 0º e 180º consoante transmite bit 0 ou 1

Energia do símbolo: Es=A2T/2

As amplitudes I e Q são as projecções de x e y para fc=0

1- 7Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 1313

BPSK BPSK –– Exemplo de portadoraExemplo de portadora

Ex: pretende-se transmitir a sequência binária 0111 0101 0010 1011 usando BPSKSão necessários 16 símbolos s=[s1 s2 s2 s2 s1 s2 s1 s2 s1 s1 s2 s1 s2 s1 s2 s2]Após concatenar:

t

Nota: cada transição de bit provoca 180º de alteração na fase

FT – Noções de modulação digital 1414

MPSK MPSK –– Extensão do BPSKExtensão do BPSK

Modulação bidimensional por usar duas funções de base (seno e coseno)Ângulos de modulação possíveis:Modulação invariante à rotação: a rotação da constelação não altera a modulação, potência ou desempenho

Exemplos de constelações M-PSK

a) BPSK, b) e c)QPSK d) 8PSK

1- 8Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 1515

MPSK descrito através de sinais em MPSK descrito através de sinais em quadraturaquadratura

Sinal M-PSK em geral

Expandindo usando a identidade trignométrica:

Resulta:

o sinal PSK é a combinação de dois sinais em quadratura (I e Q)

Para diminuir o número de erros tenta-se minimizar o número de bits alterados em fases próximas (fases adjacentes variam apenas um bit, se possível)

( ) ( )2

cos 2 c

k

Ess t f t t

Tπ θ = +

���

( )cos cos cos sin sinA B A B A B+ = −

( ) ( ) ( ) ( ) ( )cos 2 cos sin 2 sinc c

I Q

s t k f t t k f t tπ θ π θ = − ������� �������

FT – Noções de modulação digital 1616

QPSK QPSK -- ExemploExemplo

Mapeamento bits->símbolo->fase->IQ

1- 9Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 1717

QPSK QPSK –– Exemplo (cont)Exemplo (cont)

FT – Noções de modulação digital 1818

Modulação em fase e quadraturaModulação em fase e quadratura

Método mais utilizado:

1- 10Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 1919

Pulse Shaping Pulse Shaping -- alteração da forma do alteração da forma do impulso para reduzir a largura de bandaimpulso para reduzir a largura de banda

Pulso rectangular –> largura de banda elevadaRedução da largura de banda através de Pulse Shaping (raised cosine, gaussian, meia sinusoide, ...)

Solução de compromisso entre LB e incerteza

FT – Noções de modulação digital 2020

MM--QAM QAM –– Generalização de PSKGeneralização de PSK

Modifica-se a amplitude e a fase – os símbolos podem “sair” da circunferênciaÉ uma combinação linear de dois sinais DSB-SCExemplo de constelação

16-QAM no plano IQOs símbolos não temigual energiaEm algumas situaçõestem desempenho superiorao M-PSK

1- 11Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 2121

MM--QAM QAM –– Exemplo canal IExemplo canal I

FT – Noções de modulação digital 2222

MM--QAM QAM –– Exemplo canal QExemplo canal Q

1- 12Fundamentos de Telecomunicações

FT – Noções de modulação digital 2323

ReferênciasReferências

"Communications Systems" Carlson, McGraw-Hill, 2006

"Communication Systems", Simon Haykin, John Wiley and Sons, 2005

“All about modulation”, Charan Langton, 2005, www.complextoreal.com