UNIDADE II Aula 2 Modulação parte 6. Fonte: Irene Silva Farias e Edmar José do Nascimento

Transcrição

1 UNIDADE II Aula 2 Modulação parte 6 Fonte: Irene Silva Farias e Edmar José do Nascimento

2 Modulação ASK (Amplitude Shift Keying) O sinal ASK pode ser produzido empregando-se os mesmos teoremas da modulação AM-DSB. As principais características da modulação pôr chaveamento de amplitude são: Facilidade d de modular e demodular; d Pequena largura de faixa; Baixa imunidade a ruídos. Devido a essas características, a modulação pôr chaveamento de amplitude é indicada nas situações em que exista pouco ruído para interferir na recepção do sinal ou quando o baixo custo é essencial. A modulação ASK é utilizada em aplicações: Transmissão via fibra ópticas, onde não existe ruído para interferir na recepção do sinal; Transmissão de dados pôr infravermelho, como os usados em algumas calculadoras; Controle remoto pôr meio de raios infravermelhos, como os usados em aparelhos de tv; Controle remoto pôr meio de radiofrequência, como os usados para ligar e desligar alarmes de carros, residências ou abrir portões.

3 Modulação ASK - Simulação O diagrama de blocos que representa a simulação da modulação ASK no Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN): OBS: Ao executar a simulação pela primeira vez, um erro pode ocorrer, indicando d que os parâmetros do filtro passa-baixa ainda não foram inicializados. i i Tal filtro encontra-se dentro do bloco demodulador ASK. O filtro deve ser inicializado, dando-se dois cliques nele (Digital Filter Design). Ao abrir o filtro, verificar que os parâmtros devem ser os mesmos da figura do próximo slide:

4 Modulação ASK Parâmetros do filtro passa-baixo:

5 Modulação ASK gráficos e parâmetros da simulação O resultado da simulação corresponde à modulação real ASK. O tempo de simulação foi de 100s.

6 Modulação FSK (Frequency Shift Keying) A modulação por chaveamento da freqüência modula alterando apenas a freqüência da onda portadora (amplitude e fase permanecem iguais). Estas alterações ocorrem em função do sinal digital a ser transmitido. Se utiliza de método de modulação não-linear satisfazendo a (Rappaport,2008): Amplificadores de classe C eficientes em termos de potência podem ser usados em introduzir degradação na ocupação de espectro do sinal transmitido; Uma baixa radiação fora de banda da ordem de -60dB a -70dB pode ser alcançada; A detecção do discriminador-limitador pode ser utilizada, o que simplifica o projeto do receptor e oferece auto-imunidade contra ruido de FM aleatório e flutuações de sinais devidas atenuação Raylight. Embora apresente muitas vantagens ocupa maior largura de faixa que as demais técnicas de modulação (lineares). Em sistemas onde eficiência de largura de banda é mais importante que eficiência de potencia, esse método não é adequado (Rappaport, 2008).

7 Modulação BFSK (Binary Frequency Shift Keying) Esta técnica de modulação varia a freqüência da portadora através da associação de valores digitais a freqüências específicas. Nela o bit 0 e o bit 1 possuem freqüências especificas: O modulador BFSK gera internamente dois sinais independentes de acordo com o bit de dados ( 0 ou 1 ). Dependendo de como as variações ocorram pode haver descontinuidade de fase entre dois bits diferentes o que gera sérios problemas como o espalhamento espectral e transmissões ilegítimas e permitem detecção não-coerente (Rappaport, 2008).

8 Modulação BFSK - Simulação O diagrama de blocos que representa a simulação da modulação BFSK no Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):

9 Modulação BFSK gráficos e parâmetros da simulação O resultado da simulação corresponde à modulação real BFSK. Os parâmetros da simulação se equivalem ao BFSK. O tempo de simulação foi de 5 s.

10 Modulações M-Árias A vantagem da modulação de pulso M-ária é a redução da largura de banda em relação à sinalização binária Se cada símbolo do alfabeto M-ário corresponde a k bits, a taxa de símbolos por segundo é reduzida para R=k A desvantagem desse tipo de sinalização é que ela requer mais energia por símbolo para que o desempenho na detecção seja o mesmo

11 Modulação MPSK ( M-ary Phase Shift Keying) A modulação M-PSK é uma técnica amplamente usada para obter redução na largura de banda necessária para transmitir informação através do canal. A ideia subjacente é usar símbolos para representar o sinal de informação, ou seja, o sinal, que não é mais do que uma sequência de bits, tendo cada bit uma duração fixa no tempo, é agora representada por uma sequência de símbolos, que são apenas grupos de bits que serão transmitidos dentro do período de símbolo correspondente. Quanto maior a sequência de bits, melhor fica o sinal transmitido (modulado), porém, mais difícil é recuperar (demodular) o sinal, gerando taxa de erro de bits maior.

12 Modulação MPSK - Simulação O diagrama de blocos que representa a simulação da modulação MPSK no Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):

13 Modulação MPSK gráficos e parâmetros da simulação O resultado da simulação corresponde à modulação real MPSK para a sequência de 2 bits/símbolo. Para modificar a sequência de bits, a mesma deve ser feita chamando-se o arquivo do Matlab MPSK (run MPSK). Os valores variam de 2, 4, 8, 16 e 32 Bits. O tempo de simulação foi de 1 s.

14 Modulação MFSK ( M-ary Frequency Shift Keying) A modulação M-FSK apresenta o inconveniente de ocupar uma banda de freqüência bastante alta, devido a estas variações bruscas de freqüência em função da transição de bits. Entretanto, a utilização de múltiplas frequências aumenta a taxa de transmissão do sistema em comparação com a modulação BFSK.

15 Modulação MFSK - Simulação O diagrama de blocos que representa a simulação da modulação MFSK no Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):

16 Modulação MFSK gráficos e parâmetros da simulação O resultado da simulação corresponde à modulação real MFSK para a sequência de 4 bits/símbolo. Para modificar a sequência de bits, a mesma deve ser feita chamando-se o arquivo do Matlab MFSK (run MFSK). Os valores variam de 2, 4, 8, 16 e 32 Bits. O tempo de simulação foi de 5 s.

17 Modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation) No QAM a modulação é feita em fase e quadratura, sendo que cada ponto apresenta uma distância específica da origem do diagrama representando a sua amplitude. Isto significa que as informações são inseridas nos parâmetros de amplitude e quadratura da onda portadora. No caso do 16 QAM, a constelação apresenta 16 símbolos, sendo 4 em cada quadrante do diagrama, o que significa que cada ponto representa 4 bits. Podemos assim ter várias combinações diferentes de amplitude e quadratura gerando constelações de diversos tamanhos. Logo quanto maior a constelação maior a taxa de transmissão e menor a qualidade de serviço (QoS), pois a maior distância entre os símbolos dificulta erros de interpretação no receptor quando este detecta um símbolo.

18 Modulação QAM - Simulação O diagrama de blocos que representa a simulação da modulação QAM no Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):

19 Modulação QAM gráficos e parâmetros da simulação O resultado da simulação corresponde à modulação real QAM para a sequência de 16 bits/símbolo. Para modificar a sequência de bits, a mesma deve ser feita chamando-se o arquivo do Matlab QAM (run QAM). Os valores variam de 2, 4, 8, 16 e 32 Bits. O tempo de simulação foi de 5 s.

20 Modulações Digitais: Modulação PSK Trabalho1 Unidade2 grupo 5: 1. Baseado na modulação BFSK (BFSK_novo_otimo.mdl), otimo mdl) modifique o parâmetro do ruído gaussiano branco (WGN) para uma relação sinal/ruído (S/N) de 10, 20, 30, 40 e 50 db negativos. 2. Gere a simulação (5s) para cada um dos valores de S/N e veja o comportamento da portadora e do sinal de saída, bem como a taxa de erro de bits (BER%). 3. Pergunta-se: O comportamento da portadora modificou-se? Se sim, como ela se apresentou em cada um dos valores de S/N? E em relação ao BER%, ele permaneceu igual ou alterou-se para cada um dos valores de S/N? Caso tenha ficado igual em alguns valores, porque isso ocorreu? Baseado nos valores de BER% de cada um dos cinco parâmetros S/N inseridos, faça a média aritmética do BER%. 4. Realize o mesmo estudo para a modulação MFSK (MFSK_novo_otimo.mdl), para um valor de bits igual a 8 (M=8) 5. Faça uma comparação da média aritmética de erros (BER%) entre o BFSK e o MFSK e conclua, através desta comparação, qual ldas duas modulações é mais eficiente em termos de BER%.

21 Modulações Digitais: Modulação PSK Trabalho1 Unidade2 grupo 6: 1. Baseado na modulação MFSK (MFSK_novo_otimo.mdl), otimo mdl) modifique o parâmetro do ruído gaussiano branco (WGN) para uma relação sinal/ruído (S/N) de 10, 20, 30, 40 e 50 db negativos, para um valor de bits igual a 4. Faça a média aritmética do BER% 2. Repita o mesmo procedimento da questão 1, para um valor de bits igual a 8. Continue, para os valores 16 e Pergunta-se: O comportamento da portadora modificou-se? Se sim, como ela se apresentou em cada um dos valores de Bits? E em relação à média do BER% para cada taxa de Bits, ela permaneceu igual ou alterou-se? Se sim, a taxa de erro de Bits cresceu ou diminuiu i i a proporção que aumentava a taxa M-ária de bits e porque?