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1- 1Fundamentos de Telecomunicações
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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