Modulação Angular por Sinais Digitais

Transcrição

1 Mdulaçã Angular pr Sinais Digitais Cm n cas da mdulaçã em amplitude, também para a mdulaçã angular se desenvlveu uma nmenclatura especial quand se trata de sinais digitais na entrada. N cas da mdulaçã angular, as famílias FSK e PSK, quand sã respectivamente as características de freqüência e fase que sã alterads discretamente. O sinal FSK apresenta duas freqüências diferentes e sinal PSK duas fases diferentes, as transições send bruscas e acmpanhand as variações de estad d sinal digital. Os sinais mdulads pdem ser btids de frma prática pr métds de seleçã. Assim, para FSK a seleçã é feita entre geradres diferentes e para PSK a seleçã é feita entre saídas de um mesm geradr, defasadas diferentemente. Há um aspect que diferencia bastante resultad da mdulaçã pr sinal digital daquele pela mdulaçã pr sinal analógic. O fat de cada estad apresentar um trech de senóide pura, apesar de ter uma de suas características mdificadas, dá uma certa natureza cmum entre a mdulaçã em amplitude e a mdulaçã angular. Prf.ª Irene Silva Farias 13

2 Na figura abaix bservams que tant sinal FSK cm sinal PSK pdem ser idealizads cm a adiçã de dis sinais OOK, mdulads em cndições pstas, ist é, um apresentand amplitude nã nula para estad 1 utr para estad 0. stas cnsiderações permitem cncluir que se pde analisar s sinais FSK PSK aprveitand s resultads btids cm ASK e dá ainda pssibilidade de mesclar estes métds. Mdulaçã FSK ( Frequency Shift Keying) A mdulaçã pr chaveament de freqüência, FSK apresenta cm principal características a ba imunidade a ruíds, quand cmparada cm a ASK. A mdulaçã FSK é utilizada em mdens de baixa velcidade (cm velcidade de transmissã igual u menr que 400 bps); transmissã via radi (na transmissã de sinais de radicntrle). Cstuma-se classificar sinal btid de acrd cm a natureza d sinal de entrada: Prf.ª Irene Silva Farias 14

3 Se sinal fr binári terems FSK u BFSK; Se sinal tiver m níveis (sinal multinível) terems FSK multinível u MFSK. Analise d sinal MFSK O sinal MFSK pde ser prduzid pela seleçã de váris geradres, n receptr pdem-se usar filtrs sintnizads para cada freqüência. O resultad deste filtragem eqüivale a um sinal OOK e pde ser demdulad cm um detetr de envltória. Segund a freqüência presente em cada instante, apenas a prta crrespndente, de 1 a n, terá sinal presente. As utras prtas terã apenas ruíd. O regeneradr tem cndiçã de reprduzir qualquer ds estads riginais e decisr, analisand as tensões presentes nas prtas, tem cndiçã de recnhecer qual estad deverá ser prduzid pel regeneradr. O cnjunt de filtrs funcinam cm um dispsitiv de respsta sensível à freqüência, pdend ser discriminand n sistema FM cnvencinal. Prf.ª Irene Silva Farias 15

4 Analise d sinal BFSK O sinal BFSK admite duas freqüências ω 1 e ω, pdems escrever: stad 1: m (t) cs ω 1 t stad 0: m (t) cs ω t Cnsiderand ainda ω 1 > ω, pde-se definir a prtadra virtual v csω t cm a freqüência: ω ω 1 + ω e desvi de freqüência: ω D ω 1 ω Cnsiderams na entrada uma nda quadrada regular, de períd T e cada estad durand T/. Para bterms espectr da nda mdulada utilizarems artifici de se decmpr sinal BFSK em dis sinais OOK, que chamarems de OOK 1 e OOK a cada um crrespndend uma prtadra diferente, que chamarems de subprtadras ω 1 e ω. O sinal dad pde ser cnsiderad cm a superpsiçã linear d sinal OOK 1 cm sinal O sinal OOK 1 frnece: stad 1: m (t) cs ω 1 t stad 0: m (t) 0 a qual crrespnde espectr: m 1 + n sen O sinal OOK, prduzid cm retard de T/, frnece: stad 1: m (t) 0 stad 0: m (t) cs ω t * e j( ω + nω ) t 1 Prf.ª Irene Silva Farias 16

5 a qual crrespnde espectr: m e sen * + jnωt / j( ω + nω ) n nde term de fase crrespnde a retard de T/ n dmíni d temp. π Observe que cm ω, T ' jn t jn n e ω / e π ( 1) Ainda que s smatóris se reduzem apenas as terms em que n é nul u ímpar (nk+1), send que para estes últims sen (k+1)π/ (-1) k. Pdems escrever: m m1 + m cuja a parte real frnece: + sen * e + n * e + j( ω1+ nω ) t jnωt / j( ω + nω ) n e t sen * * e Send seu espectr representad abaix: Prf.ª Irene Silva Farias 17

6 Tems dis espectrs d tip OOK, um em trn de ω 1 e utr em trn de ω, prém as raias em trn de ω aparecem tdas cm inversã de fase pr causa d term de fase em (-1) n. A inversã d sinal nas raias em trn de ω garante que num semicicl enquant as raias em trn de ω 1 refrçam a sua subprtadra, aquelas em trn de ω cancelam a sua subprtadra e vice-versa n utr semicicl, cnstituind sinal BFSK. Dentr d critéri de só ser necessári recnhecer a presença de cada sinal OOK, entã é pssível determinar a largura de faixa necessária à transmissã deixand passar a mens cada subprtadra e as duas raias que lhes sã adjacentes. B ω d + ω (ω d +ω) A mdulaçã FSK pde ser btida pela aplicaçã d sinal digital, cm a banda de freqüência limitada, na entrada de um VCO, cnfrme diagrama abaix: SINAL DIGITAL PASSA-BAIXA vc SINAL FSK As variações de amplitude d sinal digital frçam VCO a variar a sua frequencia entre dis valres diferentes. A largura de faixa d sinal FSK depende da velcidade de transmissã e da diferença entre as frequencias marca (bit 1),f m, e espaç (bit 0),f s. Send a equaçã usada para calcul da largura de faixa d sinal FSK, dada a seguir: BW( FSK) V ( 1 + r) + ( f f ) m m s nde: BW(FSK) largura de faixa d sinal FSK, em Hz; V m velcidade de transmissã, bps; R fatr de filtragem d filtr passa-baixa, Hz; F m freqüência marca, Hz; F s freqüência espaç, Hz. O desvi de freqüência utilizad, que é a diferença entre a freqüência marca e a freqüência espaç, está relacinad cm a velcidade de transmissã. Nrmalmente, Prf.ª Irene Silva Farias 18

7 se usa um desvi de freqüência, em Hz, entre a metade e dbr da velcidade de transmissã, em bps. Para uma velcidade de transmissã de 10Kbps, pdems usar um desvi entre 5KHz e 0KHz, pr exempl. Quant mair desvi, mair será a largura de faixa cupada e a imunidade cntra ruíds. A demdulaçã d sinal FSK pde ser feita cm n diagrama a seguir. O amplificadr limitadr tem a finalidade de amplificar sinal FSK aplicad na entrada d demduladr e eliminar as variações de amplitude e ruíds eventualmente presentes, n sinal de entrada. Na saída d amplificadr limitadr, terems um sinal de amplitude cnstante, que será aplicad as filtrs passa-faixas ds circuits marca e espaç. O amplificadr limitadr é mair respnsável pela ba imunidade de ruíds da mdulaçã FSK. PASSA-FAIXA a RTIFICADOR PASSA-BAIXA c SINAL FSK AMPLIFICADOR LIMITADOR CIRCUITO D DADOS DCISÃO PASSA-FAIXA b RTIFICADOR PASSA-BAIXA d Outra razã para a ba imunidade a ruíds deve-se a md cm funcina circuit de decisã usad n demduladr. O circuit de decisã determina nível de saída em funçã da amplitude ds sinais em sua entrada. A saída irá para nível alt se a tensã n pnt c fr mais elevada que n pnt d. Quand a freqüência d sinal recebid fr igual a freqüência espaç, aparecerá sinal na saída d filtr passa-faixa d circuit espaç, b, sinal será retificad e depis filtrad pel passa-baixa, aparecend uma tensã em d. Cm a tensã em d será mair que a em c, circuit de decisã clca a saída em nível baix. Prf.ª Irene Silva Farias 19