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					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


     s(t)                              T                T
                                  E   s 2 t dt  A2  cos2 2f ct dt
            1/fc
                                       0                0
+A
                                         t sin 4f c t 
                                                               T
                              t
                                     A  2
                                                          
-A                                      2     4f c  0
                   T
                                     A2T           n
                                  E     , se f c  , n inteiro
                                      2            T
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             1
     Padrões de Modem de Banda de Voz


               Padrão ITU        Tipo de Modulação     Taxa de      Taxa de
                                                       bits, b/s   símbolos,
                                                                     bauds
a) Modems      V.21           FSK binário                300          300
Simétricos     V.22 bis       QPSK                      1200          600
               V.26           QPSK                      2400         1200
               V.27           8-PSK                     4800         2400
               V.32           16-QAM                    9600         3429
               V.34           1024-QAM                 28800
               V.34 Alta      4 constelações 240-QAM   33600
               velocidade
b) Modems      V90: Descida   Digital                  56000
assimétricos        Subida    V.34 alta vel.           33600
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         Bit-to-
                         Modu-                         Add
   &          symbol
                         lation
                                     S/P      IFFT     CP
 Interl.      mapping



                           Channel




                                                 Deinterl.
           Sync    FFT    P/S        Demod.         &
                                                 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            No receptor, a FFT é calculada
   intersimbólica                    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    Tempo    Parte do símbolo que é usada     Próximo
anterior   guarda   no cálculo da FFT no receptor    símbolo
    Ortogonalidade entre Subportadoras


                         Ortogonalidade neste intervalo
                             Subcarrier n

           Cada subportadora tem um número
           inteiro de ciclos no intervalo de cálculo da
           FFT.               Subcarrier n+1
        Se esta condição é válida, o espectro de
        um subcanal contém nulos espectrais nas
        freqüências de todas as outras
Símbolo subportadoras.
            Guard     Parte do símbolo que é usada        Próximo
anterior        time      no cálculo da FFT no receptor   símbolo
Subcanais no Domínio da Freqüência


Um subcanal                     Espectro OFDM



              Nulos espectrais nas
              freqüências das
              outras subportadoras
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n


                         Subportadora n




                     Réplicas da subportadora n

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


                               Subportadora n




       Tempo de guarda não excedido:
        As réplicas não afetam as
        propriedades de ortogonalidade da
        subportadora no domíno da subportadora n
                          Réplicas da
        freqüência. Ainda há nulos
Símboloespectrais nas freqüências das que é usada
              Guard      Parte do símbolo                Próximo
               subportadoras.
anterioroutras time      no cálculo da FFT no receptor   símbolo
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n


                             Subportadora n



       Explicação Matemática:
       A soma de senoides (da mesma
       freqüência e com amplitudes e
       fases diferentes) = ainda uma
                         Réplicas da subportadora n
       senoide pura com a mesma
       freqüência
Símbolo      Guard      Parte do símbolo que é usada    Próximo
anterior      time      no cálculo da FFT no receptor   símbolo
Efeito do Multi-Percurso na Subportadora n


                         Subportadora n




                    Réplicas com retardo grande

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


                              Subportadora n



       Tempo de guarda excedido:
        As réplicas afetam as propriedades
        de ortogonalidade dos subcanais no
        domínio da freqüência. Não haverão
                          Réplicas com retardo grande
        mais nulos espectrais nas
        freqüências das outras
Símbolo       Guard      Parte do símbolo que é usada   Próximo
anterior
        subportadoras => interferência no receptor
               time      no cálculo da FFT              símbolo
        inter-portadoras.
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     Tempog     Parte do símbolo que é usada    Próximo
anterior     uarda     no cálculo da FFT no receptor   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
                       Rádio digital (microondas), modems, ISDB-T, DVB-T,
16-QAM
                          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

				
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