COMUNICAÇÃO DIGITAL II

Transcrição

1 UBERABA MG 2º SEMESTRE 2008 COMUNICAÇÃO DIGITAL II AUTOR: ENG. ANTONIO CARLOS LEMOS JÚNIOR

2 MODULAÇÃO DIGITAL Transmissão dos dígitos binários através de um canal passa banda. O trem de pulsos binários modula algum parâmetro de uma portadora senoidal.

3 MODULAÇÃO DIGITAL As técnicas de modulação digital são empregadas quando se quer transmitir dados digitais através de canais de comunicação passa-banda. Canais: Link de microondas, canais de satélite, ou uma linha telefônica. Neste caso modula-se uma portadora senoidal pelos dados digitais. O sinal de informação consiste de um trem de pulsos digitais do tipo NRZ (polar ou bipolar).

4 MODULAÇÃO DIGITAL Assim, o processo de modulação digital envolve o chaveamento de algum parâmetro de uma portadora senoidal: Amplitude, freqüência ou fase Do mesmo modo que na modulação analógica tem-se três tipos básicos de modulação: ASK, FSK e PSK ASK: modulação por chaveamento de amplitude FSK: modulação por chaveamento de freqüência PSK: modulação por chaveamento de fase

5 TIPOS BÁSICOS DE MODULAÇÃO DIGITAL

6 MODULAÇÃO ASK AMPLITUDE-SHIFT KEYING Modula-se a amplitude da portadora pelo sinal binário na banda básica: Amplitude: 2 E b 1 - marca ou nula 0 - espaço Corresponde a uma modulação AM com índice de modulação 100% Geração: Moduladores AM ou chaveamento da portadora de RF Largura de faixa mínima de transmissão: Bw ASK = 2 B min = f b em que B min = f b /2

7 MODULAÇÃO ASK AMPLITUDE-SHIFT KEYING Inconvenientes da modulação ASK: 50% da energia do sinal é gasta na transmissão da portadora. O detector de envoltória apresenta baixa relação sinal-ruído Tem-se outros sistemas mais eficientes: AMDSB-SC onde não há desperdício da portadora (semelhante ao PSK) A detecção coerente melhora a SNR Nomeclatura ASK -> BASK -> transmissão binária MASK -> transmissão de M símbolos

8 MODULAÇÃO FSK FREQUENCY SHIFT KEYING Duas senóides de mesma amplitude e freqüência diferentes transmitem os bits 0 e 1 Ela corresponde a dois sistemas ASK tal que: ASK 1 -> f 1 -> para o sinal digital ASK 2 -> f 2 -> para o complemento do sinal digital O sistema FSK é encarado como a soma de dois sistemas ASK complementares Bw FSK = (f 2 + B MIN ) (f 1 - B MIN ) = 2 B MIN + f 2 f 1 Considerando Δf = (f 2 f 1 )/2 -> Bw FSK = 2 B MIN + 2Δf Desvio definido por: ΔΦ = Δf / B MIN Freqüência central: f 0 = (f 1 + f 2 )/2

9 MODULAÇÃO FSK FREQUENCY SHIFT KEYING Demodulação com dois detectores de envoltória Problemas: O mesmo da modulação AM Ruído no processo de detecção

10 MODULAÇÃO FSK FREQUENCY SHIFT KEYING Demodulação com PLL Vantagem da modulação FSK: Propriedades da modulação angular (menor sensibilidade ao ruído) Desvantagem: Bw duas vezes a do sistema ASK e transmissão de portadoras.

11 MODULAÇÃO FSK FREQUENCY SHIFT KEYING Modulação MFSK

12 MODULAÇÃO PSK PHASE SHIFT KEYING Dois ângulos de fase 0º (0) e 180º (π) da portadora senoidal são utilizados para representar os estados - E 0 (0) e E 0 (1) do sinal digital. Um deslocamento de 180º na portadora => inversão de sinal O sistema PSK corresponde a uma modulação (AMDSB-SC) Largura de faixa B w = 2 B min, igual ao ASK

13 Vantagens: MODULAÇÃO PSK PHASE SHIFT KEYING Apresenta as propriedades da modulação angular Largura de faixa menor do que o sistema FSK Economia de 50% de potência na transmissão Demodulação do sinal PSK detector coerente:

14 Problemas: MODULAÇÃO PSK PHASE SHIFT KEYING Deve-se recuperar a portadora com sincronismo de freqüência e fase Necessidade de se transmitir um pequeno nível da portadora Caso contrário recuperação com ambigüidade de fase: 0º ou 180º Pode-se detectar o complemento do sinal Nomenclatura: BPSK => PSK => transmissão binária PRK => reversão de fase 0º ou 180º QPSK => 4 níveis (fases) MPSK => transmissão de M símbolos

15 MODULAÇÃO PSK PHASE SHIFT KEYING MPSK Multinível Phase Shift Keying

16 MODULAÇÃO DEPSK DIGITAL ENCODED PHASE SHIFT KEYING É um sistema insensível à ambigüidade de fase O sinal digital codificado de tal modo que a informação fique contida nas transições de estado e não nós níveis lógicos de tensão O bit 1 é transmitido na ausência de transição => estado anterior O bit 0 é transmitido quando ocorre uma transição de estado Este codificador é composto por uma porta X-NOR e um bloco de atraso interligados como mostra a figura abaixo: Decodificação

17 Exemplo: MODULAÇÃO DEPSK DIGITAL ENCODED PHASE SHIFT KEYING Considere a seguinte seqüência A = { } Caso a seqüência recebida fosse o complemento a seqüência decodificada seria a mesma. Considere que um bit da seqüência S foi recebido errado: Problema: O erro se propaga => dobra a probabilidade de erro

18 MODULAÇÃO DEPSK DIGITAL ENCODED PHASE SHIFT KEYING Vantagens: Facilidade no processo de demodulação Insensibilidade à ambigüidade de fase Não há necessidade de se transmitir uma parcela da portadora Apresenta demoduladores mais simples como abaixo: Simplificação na demodulação: O circuito se comporta como uma porta lógica X-NOR O estágio de decodificação foi eliminado Problemas Aumenta em 1.4 a probabilidade de erro Utilizado em transmissão através de linhas telefônicas

19 MODULAÇÃO QPSK PSK EM QUADRATURA OU 4 - PSK Quatro fases (45º, 135º, -45º e -135º) são utilizadas para codificar os bits A cada dois bits consecutivos (DBIT) associa-se uma das fases Vantagem Redução na taxa de transmissão de símbolos pela metade Esquema de geração:

20 MODULAÇÃO QPSK PSK EM QUADRATURA OU 4 - PSK Distribuidor de seqüências: Coloca alternadamente nas duas saídas os bits do sinal digital. Uma das saídas é atrasada Tb segundos. Tem-se duas seqüências, S1 e Sq, que formam os dbits. Observe que a taxa de símbolos destas seqüências foi reduzida para a metade. A seqüência S1 modula uma portadora com fase nula e a Sq modula a portadora com fase 90º Tem-se dois sinais BPSK e1(t) e eq(t) Estes dois sinais são somados para gerar o sinal QPSK

21 MODULAÇÃO QPSK PSK EM QUADRATURA OU 4 - PSK Observe que e1 apresenta fases 0º e 180º e eq apresenta fases 90º e -90º. A soma: e1 + eq apresenta fases 45º, 135º, -45º e -135º. O intervalo entre símbolos vale 2Tb -> a taxa de transmissão é reduzida para a metade Sistemas QPSK com mesma largura de banda que o PSK transmitem o dobro de informação.

22 MODULAÇÃO QPSK PSK EM QUADRATURA OU 4 - PSK Demodulação coerente para o sistema QPSK Na entrada: Eles são filtrados e aplicados nos regeneradores para recuperar S1 e Sq. O circuito intercalador de seqüências recupera a seqüência de bits

23 MODULAÇÃO QAM QAM => Modulação em amplitude e quadratura É uma extensão do sistema M-PSK (fases múltiplas) Combina deslocamentos amplitude (ASK) e de fase (PSK) Representação: M-QAM Em que: Resultando nos sistemas 4-QAM, 8 QAM, 16 QAM, QAM Para v = 2 tem-se o sistema QPSK Cada estado está relacionado com v bits o que premite uma redução na largura de faixa para 1/v em relação ao sistema BPSK Constelação para os sistemas 16-PSK e 16-QAM

24 MODULAÇÃO QAM

25 MODULAÇÃO QAM Composição dos sinais 16-QAM

26 MODULAÇÃO QAM Diagrama em blocos do demodulador - 16QAM

27 MODULAÇÃO QAM Comparação de sistemas M-PSK e M-QAM Probabilidade de erro: P E = Densidade de informação:

28 MODULAÇÃO QAM Probabilidade de erro Admitindo ruído branco gaussiano erfc x =1 erf x = 2 x e t 2 dt

29 MODULAÇÃO QAM Probabilidade de erro 1 PSK ; 2 FSK e ASK ; 3 - DEBPSK

30 BIBLIOGRAFIA HAYKIN, S. Sistemas de Comunicação Analógicos e Digitais, 4ª ed, Porto Alegre: Bookman, GOMES, A. Telecomunicações Transmissão e Recepção, 20ª ed, São Paulo: Érica, YOUNG, P. H. Técnicas de Comunicação Eletrônica, 5ª ed, São Paulo: Prentice-Hall, HWEI P. HSU. Comunicação Analógica e Digital, 2ª ed, Porto Alegre: Bookman, 2006.