Radio Digital - personal.us.espersonal.us.es/ccrespo/radio/transparencias/tema6.pdf · Señal...
16
Radiación y Radiocomunicación 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 1 Tema 6 Radio Digital Carlos Crespo Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones [email protected] Índice 17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 2 1. Modulaciones digitales 2. Modulaciones lineales sin memoria 3. Modulación GMSK 4. Otras técnicas de modulación 5. Sensibilidad de un receptor digital
-
Upload
trinhthuan -
Category
Documents
-
view
216 -
download
0
Transcript of Radio Digital - personal.us.espersonal.us.es/ccrespo/radio/transparencias/tema6.pdf · Señal...
Radiación y Radiocomunicación
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 1
Tema 6
Radio Digital
Carlos CrespoDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Índice
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 2
1. Modulaciones digitales2. Modulaciones lineales sin memoria3. Modulación GMSK4. Otras técnicas de modulación5. Sensibilidad de un receptor digital
Representación de las Señales de Radio
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 3
La Señal de Radio (fc >> B)
uI(t)
cos ωct
s(t)
uQ(t)
-sen ωct
( ) ( ) ( )[ ]tttAts c φω += cos
( ) [ ] )()(exp)( tjutujtAtu QI +== φ
( ) ( ) ( ) ttuttuts cQcI ωω sencos −=
[ ]{ })(exp)( φω +ℜ= tjtA c
)(cos)()( ttAtuI φ=
)(sen)()( ttAtuQ φ=
Envolvente compleja o señal paso bajo equivalente:canal I (en fase)
canal Q (en cuadratura)
( ) ( ){ }tjtuts cωexp)( ℜ=
El modulador digital
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 4
A(t) cos ωct s(t)
- A(t) sen ωct
g(t)
g(t)
I/Pαn
an
bn ∑−∞=
−=n
nQ nTtgbtu )()(
∑−∞=
−=n
nI nTtgatu )()(Secuencia de información:
...010110100...
Símbolos complejos.an + jbnToman valores de un alfabeto de M símbolos
Conformación de pulsos.Para evitar ISI y mejorar rendimiento espectral
Señal de Radio Transmitida
La información se incorpora variando la amplitud A(t)y la fase φ(t) de la portadorapara generar cualquier modulación digital.
El demodulador digital
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 5
Secuencia de símbolosrecibidos
Filtros adaptados.Para optimizar detección de lospulsos transmitidos
Señal de Radio Recibida con ruido
El espectro de la señal de radio
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 6
Secuencia de símbolosrecibidos
• El espectro de la señal de Radio
S(f)
+fc-fc
U(f)
B
B
Espectro de RF: pulso rectangular y coseno alzado
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 7
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Frecuencia normalizada, fT
De
nsi
da
d e
spe
ctra
l de
po
ten
cia
no
rma
liza
da
, d
B BT=2
Pulso rectangular
Coseno alzado α = 0.33
Coseno alzado α = 1
BT=1
Espectro de RF: Coseno alzado
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 8
Para un espectro con forma de Coseno alzado:
Espectro de RF: Raíz de coseno alzado
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 9
Para un espectro con forma de Raíz de Coseno alzado:
donde β = α/2T
Espectro de RF: Raíz de coseno alzado
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 10
Señal QPSK: Constelación
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 11
uQ
uI
-1 -1 1 -1
-1 1 1 1
A2d
Señal M-QAM: Constelación
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 12
A2d2dA
Señal M-QAM: Componentes de la envolvente compleja
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 13
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180-10
-5
0
5
10
Tiem po Norm aliz ado t /Tb
Com
pone
nte
en F
ase
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180-10
-5
0
5
10
Tiem po Norm aliz ado t /Tb
Com
pone
nte
en C
uadr
atur
a
Señal M-QAM: Componentes de la envolvente compleja
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 14
Modulación 16-QAM
Las amplitudes máxima y mínima son:
La amplitud toma tres valores:
La potencia media por cuadrante es:
Y la potencia media de la señal:
Señal M-QAM: Componentes de la envolvente compleja
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 15
Modulación 16-QAM
Se forman bloques de k = 4 bits y cada bloque se asocia a una de las M = 2k = 16 formas de onda.Cada componente posee 4 niveles de amplitud: {±1, ±3}
El período de símbolo aumenta a
y la banda de la señal se reduce en correspondencia:
La eficiencia espectral es
Se pueden transmitir 2 bit/s por Hz de espectro.
Señal M-QAM: Componentes de la envolvente compleja
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 16
Modulación M-QAM
En general, para una modulación M-QAM se tienen M/4 puntos por cuadrante y 2(M/4)1/2
niveles separados una distancia 2d:
y la potencia media:
La potencia media por cuadrante es: Y la eficiencia espectral:
La energía del bit de máxima energía es:
La potencia media por cuadrante es:
Señal M-QAM: Probabilidad de error
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 17
0 5 10 15 2010
-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Eb/N
0, dB
Pro
ba
bili
da
d d
e e
rro
r d
e b
it Q PSK
16-Q AM
64-Q AM
Señal M-QAM: Probabilidad de error (2)
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 18
Índice
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 19
1. Modulaciones digitales2. Modulaciones lineales sin memoria3. Modulación GMSK4. Otras técnicas de modulación5. Sensibilidad de un receptor digital
Modulación GMSK
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 20
g(t)αk
VCO
2πhF
( ) ( )[ ]s t A ct t= +cos ω φ
( )α τkk
g kT−=−∞
∞
∑( )2π α τh g kTF k
k
−=−∞
∞
∑
( ) ( )φ π α τ τt h g kT dF kk
t= −
=−∞
∞
−∞∑∫2
Modulación GMSK (2)
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 21
g(t)αk
VCO
2πhF
( ) ( )[ ]s t A ct t= +cos ω φ
g(t)
1/2T
tT
q(t)
1/2
tT
( ) ( )q t g dt
=−∞∫ τ τ
( ) ( )φ π α τ τt h g kT dF kk
t= −
=−∞
∞
−∞∑∫2
( ) ( )φ π αt h q t kTF kk
K
= −=−∞∑2
Modulación GMSK (3)
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 22
g(t)αk
VCO
2πhF
( ) ( )[ ]s t A ct t= +cos ω φ
( ) ( )φ π αt q t kTkk
K
= −=−∞∑
( ) ( ) ( )φπ
α πα φ παt q t KT q t KTkk
K
K K K= + − = + −=−∞
−
−∑2
1
1
uI
uQ
Modulación GMSK (4)
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 23
q(t)
( ) ( )[ ]s t A ct t= +cos ω φg(t)
αkQPM
2πhF
∫(.)
BT=0’3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
g(t)
Períodos de bit0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
q(t)
Períodos de bit
Modulación GMSK: Componente de la envolvente compleja
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 24
0 1 2 3 4 5 6 7
-1
-0.5
Período de bit
Señ
al m
odu
lado
ra
0
0.5
1
Modulación GMSK: Variación de la fase
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 25
1 2 3 4 5 6 7Período de bit
Ca
mbi
o de
fas
e, g
rado
s
0
-50
0
50
100
150
200
250
Modulación GMSK: Variación de la fase para una secuencia
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 26
0 2 4 6 8 10 12 14 16
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Período de bit
Var
iaci
ón d
e la
fas
e
1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0
Modulación GMSK: Espectro
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 27
-3 -2 -1 0 1 2 3-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frecuencia norm alizada, fT
Den
sida
d es
pect
ral d
e po
tenc
ia n
orm
aliz
ada,
dB
MSK
BT=0.5
BT=0.3
BT=0.2
Modulación GMSK: Probabilidad de error
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 28
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2010
-9
10-8
10-7
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Eb/N
0, dB
Pro
babi
lidad
de
erro
r de
bit
Q PSK
G M SK (BT=0.3)
Modulación OQPSK: Componentes de la envolvente compleja
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 29
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
Modulación π/4-DQPSK
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 30
Sensibilidad de un receptor digital
17/03/2006 Carlos Crespo RRC-4IT 31
