Modulazione digitale

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Sistemi di elaborazione dell’informazione

Modulo - Tecniche di comunicazione digitale

Unità didattica – Standard di rete locale

Ernesto Damiani

Università di Milano

Modulazione Digitale

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Relazione portante-modulante

Carrier: A sin[t +]• A = const = const = const

Amplitude modulation (AM)

• A = A(t) – modulante

= const = const

Frequency modulation (FM)

• A = const = (t)– modulante

= constPhase modulation (PM)

• A = const = const = (t) – modulante

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Amplitude Shift Keying (ASK)

Non usato causa basse prestazioni in presenza di rumore

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modulante

ASK 1 10 0 0

Acos(t) Acos(t)

Frequency Shift Keying (FSK)

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Example: The ITU-T V.21 modem standard uses FSK FSK can be expanded to a M-ary scheme, employing multiple frequencies as different states

modulante

BFSK 1 10 0

f0 =Acos(c-)t and f1 =Acos(c+)t

f0 f0 f1 f1

FSK Spectrum

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Phase Shift Keying (PSK)

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Problema– cambio di fase brusco impossibileVantaggi: buone performance espandibilità a schemi M-ari

modulante

BPSK 1 10 0

where s0 =-Acos(ct) and s1 =Acos(ct)

s0 s0 s1 s1

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Binary Phase Shift Keying (BPSK)

Portante con ampiezza Ac e energia per bit Eb

Segnale BPSK :

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Linear Modulation Techniques:

1. Lineare (cambia ampiezza o fase)

2. Non lineare (canbia frequenza).

Tecniche lineari:

• ampiezza o fase del segnale trasmesso s(t), variano LINEARMENTE con la modulante, m(t).

• bandwidth efficient (basta una sola frequenza)

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Pros & Cons

• Pro: efficienza uso dello spettro,

•Contro: apparati a bassa efficienza energetica (non usabili in sistemi mobili)

Efficienza spettrale

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2log 1

capacity (bits per second)

bandwidth of the modulating baseband signal (Hz)

energy per bit

noise power density (watts/Hz)

Thus

total signal power

total noise

b b b

b

b

b b

f E f

W W

f

W

E

E f

W

power

bandwidth use efficiency

= bits per second per Hz

bf

W

Esempi di efficienza spettrale

GSM Europe Digital Cellular

• Data Rate = 270kb/s; Bandwidth = 200kHz

• Bandwidth efficiency = 270/200 = 1.35bits/sec/Hz

IS-95 North American Digital Cellular

• Data Rate = 48kb/s; Bandwidth = 30kHz

• Bandwidth efficiency = 48/30 = 1.6bits/sec/Hz

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Tecniche differenziali

Modulazione relativa al bit precedente in BPSK 0 = invariato,1 = +1800

Il ricevente demodula ogni bit rispetto al precedente

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Portante a impulsi

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Pulse-Amplitude Modulation (PAM)

Varia l’ampiezza impulso in accordo con la modulante. In uso nei centralini telefonici digitali private branch exchange (PBX)

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Pulse-Duration Modulation (PDM)

La durata degli impulsi varia con la modulante.

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Demodulazione ed Estrazione

Demodulazione

• Recupera la modulante

Estrazione: recupera I bit dalla modulante

• Coerente o non-coerente

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Coerente

Usa una stima dell’attenuazione e ritardo introdotta dal canale

Sottrae una portante replica

Ottiene modulante

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Non-Coerentw Detection

Recupera la modulante estraendo l’inviluppo del segnale modulato

Uso di capacità in parallelo al ricevitore

Più facile da implementare ma soggetta ad errore

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QPSK

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) coinvolge due sistemi BPSK indipendenti (I-channel e Q-channel).

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QPSK Constellation Diagram

Due bit per valore

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Carrier phases {0, /2, , 3/2}

Carrier phases {/4, 3/4, 5/4, 7/4}

Q

I I

Q

Altri tipi di QPSK

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I

Q

I

Q

I

Q

Conventional QPSK /4 QPSKOffset QPSK