Departamento de Telecomunicaciones y Telemática
1
"Modulaciones de Señales para "Modulaciones de Señales para aplicaciones de actualidad"aplicaciones de actualidad"
Carmen Moliner Peña
Cujae
2
SumarioSumario
• Introducción
• Modulación por Codificación de Rejilla (TCM).
• Modulación de Multitono Discreto (DMT).
• Modulación de Amplitud y Fase sin Portadora (CAP).
• Modulación de Espectro Esparcido (SS).
4
Modelo de un sistema de Modelo de un sistema de Transmisión de Datos Transmisión de Datos
fuenteprocesamiento
en TX
canal
destinoprocesamiento
en RX
efectosindeseables*
5
Pulsorectangular
Efectos indeseablesEfectos indeseables de la Transmisiónde la Transmisión
Atenuación
Distorsión
Interferencia
Ruido
*
6
Efectos IndeseablesEfectos Indeseables
• Atenuación : Deterioro del nivel de potencia de una señal.
• Distorsión: Modificaciones de la forma de la señal por ancho de banda limitado.
• Interferencia: Contaminación de la señal util con otras señales generadas por el hombre
• Ruido: idem con señales aleatorias.*
7
Procesamiento en transmisiónProcesamiento en transmisión
fuentecodificaciónde la fuente
cifrado
codificación de canal
BandaBase
ModuladorCanalde CX*
Mux
8
ModulaciónModulación
Objetivos de la modulación:Objetivos de la modulación: Facilitar transmisión por radio Adaptar señal a canal de CX. Combatir ruido e interferencia Asignaciones de Frecuencias Multiplex por división de
frecuencia*
9
ModulaciónModulación• Proceso que permite la transmisión de señales a
distancias y reporta numerosos beneficios.• Algunos beneficios deseados
– Inmunidad a interferencias y ruido– Permitir mayores velocidades en soportes existentes
de cobres
• Los nuevos servicios telemáticos reclaman – Mayores volúmenes de información– Mayores velocidades
10
Modulación de señales digitalesModulación de señales digitales
0 1 0 1 0A cos (2fct + )
Conmutación de amplitud ASK
Conmutación de FrecuenciaFSK
Conmutación de Fase PSK*
Amplitud
fase
Frecuencia
Clá
sica
sC
lási
cas
11
Modulación por Codificación de Modulación por Codificación de Rejilla (Trellis Code Rejilla (Trellis Code Modulation, TCM)Modulation, TCM)
• Tipo de modulación empleada cuando se desea incrementar la velocidad en una transmisión modulada sin incrementar el ancho de banda y sin deteriorar sensiblemente la Pe.
• Empleada en los MODEMs telefónicos, en equipos de microondas, xDSL, etc..*
12
Modulación por Codificación de Modulación por Codificación de Rejilla (Trellis Code Modulation, Rejilla (Trellis Code Modulation,
TCM)TCM)
13
Para entender TCM recordemos Para entender TCM recordemos Modulación de Fase...Modulación de Fase...
El ancho de banda ocupado depende fundamentalmente El ancho de banda ocupado depende fundamentalmente de Vs*de Vs*
• •10
Vs = 2400 BdVi = 2400 bpsn =1 bits/ Señal elemental
dmin
1101
1000
Vs = 2400 BdVi = 4800 bpsn = 2 bits/ Señal elemental
dmin
Pe = f (dmin)
14
Recordemos Modulación QAM...
• Se pueden emplear métodos con múltiples fases y múltiples niveles para, sin incrementar Vs ni ancho de banda, incrementar la Vi (bps).
• QAM (Modulacion por cuadratura) es uno de esos tipos.*
15
11110111
Vs = 2400 BdVi = 9600 bpsn = 4 bits/ Señal elemental
QAMQAM
dmindminPe depende de S/N y de dminPe depende de S/N y de dmin
vi pero la Pe vi pero la Pe Vs = 2400 Bd
n = 6 bits/ Señal elementalVi = 14400 bps
Constelación con 64 puntosRequiere nuevas técnicas para adecuadas Pe!!!*Requiere nuevas técnicas para adecuadas Pe!!!*
16
QAMQAM
Conversor serie paralelo
moduladormoduladorQAMQAM
Señal modulada
n bitsSeñalde inf.
Códigos correctores de errores mediante la
introducción de dígitos de chequeo
Será necesario proteger a todos los bits por igual?
Solución: Sólo a los que resultan más Solución: Sólo a los que resultan más propensos al error*propensos al error*
Cuando Pe alta ... Qué técnica conocen uds. para protegerla información de los errores?
dmin
11110111
Fundamentos de la TCMFundamentos de la TCM
18
TTrellis rellis CCode ode MModulation TCModulation TCM
Modulación por Codificación de RejillaModulación por Codificación de Rejilla
Combinación de:• Técnica de modulaciónTécnica de modulación (por ejemplo QAM)• Técnicas de Codificación de ConvoluciónTécnicas de Codificación de Convolución
para corrección de errores aplicada a los
bits con mayores probabilidades de error.*
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+
+bits de inf.
bits codificados
codif.
Codificador de Convolución Codificador de Convolución
Introduce dígitos de chequeo (redundantes) Introduce dígitos de chequeo (redundantes) capaces de corregir errores de la capaces de corregir errores de la
transmisióntransmisión.*.*
20
MODULADOR MODULADOR TCMTCM
Conversor serie
paralelo
moduladorQAM Señal
moduladaTCM
n bits de inf.
codificadorde convolución
bitsde inf.
V. 32, V.32bis, V. 33, V.34 y V. 34bis hasta 33.6 Kbps*
bits con mayor Pebits con mayor Pe
21
Probabilidad de error de un Probabilidad de error de un sistemas sistemas
• La probabilidad de error depende del cuadrado de la distancia entre los puntos de la constelación*
Departamento de Telemática 22
392 330 274 222 177 135 102 77 55 41 35 31 37 48 65 91 118 155 198 248 303 361
380 316 255 203 158 119 84 60 39 24 17 15 20 30 49 72 101 138 182 230 283 348 415
384 324 277 229 189 156 96 87 83 92 172 208 254 299 354
355 294 243 201 160 98 79 64 58 62 71 90 180 221 271 323 387
406 350 306 266 234 253 288 327 379
360 310 263 165 242 289 338 391
412 371 340 353 390
401 357 318 298 337 378
398
408 396 394 400 414
375 349 339 329 326 335 347 359 386
314 290 279 269 265 273 281 302 322
282 257 236 224 216 212 218 228 247 270
206 185 173 164 162 170 181 197 220
146 133 123 121 125 137 154 179 207193226
131 110 100 117 140
126 112 14154
367 304 244 194 148 108 75 50 28 13 6 4 8 21 38 63 93 127 171 219 275 336 402
362 296 238 186 142 103 69 43 22 1 0 5 16 32 56 85 122 163 213 267 328 3959
365 300 240 190 144 106 73 45 25 3 2 7 18 36 59 88 124 166 217 272 331 39711
372 307 251 199 152 113 80 52 33 19 12 10 14 26 42 66 134 174 225 280 341 40997
388 320 261 210 167 128 67 47 34 27 23 29 40 57 81 111 147 187 237 291 35194
410 343 284 232 183 149 89 68 53 46 44 51 61 78 99 132 168 209 258 315 376115
369 311 259 214 175 95 82 74 76 86 157 195 235 285 342 399139 116 104 12970
403 345 292 249 205 191 227 268 319 373176 150 136 161130 114 107 105 109 120
382 332 287 250 231 264 308 358 413215 184 178 202169 153 145 143 151 159
377 333 293 278 312 352 404260 233 223 245211 200 192 188 196 204
383 346 325 363 407313 286 276 295262 252 241 239 246 256
405 385370 344 334 356321 309 301 297 305 317
411 393389 374 366 364 368 381
–11
–15
–19
–23
–27
–31
–35
–39
–43
9
5
1
–3
–7
45
41
37
13
17
21
25
29
33
–43 –39 –35 –31 –27 –23 –19 –15 –11 –7 –3 1 5 9 45413713 17 21 25 29 33
T1403000-97/d05
FIGURA 5/V.34
Cuarta parte de los puntos de la superconstelación
V.34
23
Conclusión TCMConclusión TCM• Modulación que combina técnicas de modulaciones
clásicas con técnicas de corrección de errores.• Permite incrementar la cantidad de bits transmitidos
en cada señal elemental sin importantes deterioros de la Pe por el empleo de códigos correctores de errores.
• Permiten incrementos de velocidad sin incrementar el Bt a expensas de la complejidad de la demodulación.
• Muy utilizada en los Modems telefónicos y en los sistemas de microondas digitales. *
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Modulación de Amplitud y Fase Modulación de Amplitud y Fase sin Portadora sin Portadora
(Carrierless Amplitude Phase, (Carrierless Amplitude Phase, CAP)CAP)
25
CAPCAP
• Modulación que representa una modificación de QAM, presentando semejantes prestaciones e igual Bt que QAM.
• Extrae de la señal a transmitir una componente de portadora que no contiene información.
• Emplea Procesamiento Digital de Señales (DSP).• Las implementaciones hechas permiten tener en cuenta las
condiciones de S/N en la línea. (Ajustar constelaciones)• Es una modulación poco utilizada.*
26
CAPCAP
Modu-Modu-ladorladorQAMQAM
Extracción de componente
dePortadora
SeñalSeñalde de
informacióninformaciónCAPCAP
27
CAP, cont.CAP, cont.
• Al comienzo de la transmisión decide la Constelación de modulación a emplear para obtener las más altas prestaciones con adecuada S/N en la Recepción.
• Con implementaciones enteramente digitales es particularmente sencilla.
• Usada en las aplicaciones donde el ancho de banda del espectro de señal es del orden de la frecuencia central. *
28
Ventajas y desventajas de CAPVentajas y desventajas de CAPVentaja:Ventaja:
• Sencilla y económica para generación enteramente digital.
Desventajas:Desventajas:
• Menor inmunidad al ruido impulsivo que otros métodos (DMT).
• Usada donde el Bt de la señal es del orden de frec. Central.
• Más difícil ecualización que otros métodos (DMT).*
29
Modulación de Multitono Modulación de Multitono Discreto (Discrete Multi-Tone, Discreto (Discrete Multi-Tone,
DMT)DMT)
30
Principios de ModulaciónPrincipios de Modulación• Técnica de modulación que pertenece a una clase
llamada modulación de múltiples sub-portadoras ((MCMMCM, , Multicarrier ModulationMulticarrier Modulation).).
• DMT representa una alternativa eficaz de QAM.
• DMT divide los flujos de datos en bloques de datos múltiples, y modula cada bloque de datos en subportadoras diferentes.
• Con frecuencia cada sub-portadora es modulada en QAM.*
31
DMTDMT
• Modulación que permite hacer un buen aprovechamiento del Ancho de banda de un soporte
• Simplifica procesos de ecualización.
• Permite tener en cuenta las características de ruido del medio de forma dinámica.
• Muy empleada entre otras en las técnicas xDSL.*
32
Ejemplo de DMT empleado en ADSLEjemplo de DMT empleado en ADSL
33
Cualidades de la modulación Cualidades de la modulación DMTDMT
• La operación de cada subcanal es independiente.
• La implementación práctica se realiza mediante un proceso llamado subcanalización.
• Cada subcanal confina la potencia dentro de una banda estrecha (aunque existen solapamientos indeseables). *
Departamento de Telemática 34
Cualidades de la modulación Cualidades de la modulación DMT, cont.DMT, cont.
• En una aplicación real el proceso de subcanalización no consigue un aislamiento espectral perfecto entre subbandas.
• Es posible eliminar interferencias de banda estrecha anulando las sub-bandas afectadas.
• El sistema puede modificar dinámicamente el número de bits asignados a una subportadora según la S/N de cada subcanal.*
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Cualidades DMT, cont.Cualidades DMT, cont.• Proceso de ecualización más simple que
otros métodos de modulación.
• Muy empleado en los equipos de xDSL.
• Adoptado como estándar para equipamiento ADSL.*
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Ejemplos de adaptación de un sistema DMT a las características de una línea.
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Transmisor Transmisor DMTDMT
Receptor Receptor DMTDMT
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Ejemplo de espectro de señal Ejemplo de espectro de señal DMT para ADSLDMT para ADSL
MHz
39
Comparación CAP vs DMTComparación CAP vs DMT
DMT: Múltiples subcanales con
duraciones de señales mayores
CAP: Un solo canal con pequeñas duraciones de
la señal elemental
DMT es más inmune al ruido impulsivo que DMT es más inmune al ruido impulsivo que CAPCAP
40
Comparación CAP vs DMTComparación CAP vs DMT
Ecualización en DMT Ecualización en CAP
La ecualización en DMT es más simple.
41
DWMT - Discrete Wavelet DWMT - Discrete Wavelet Multitone , una versión de DMTMultitone , una versión de DMT
• DWMT utiliza transformadas Wavelet.• El uso de la transformada de Fourier digital en
DMT genera armónicos que generan interferencias en canales adyacentes.
• La transformada Wavelet produce armónicos de más baja energía, produciendo menos interferencia en subcanales adyacentes lo que hace la recepción de la señal más simple y de mejor calidad. *
42
DMTDMT WDMTWDMT
Interferencias en canales Interferencias en canales adyacentesadyacentes
43
Conclusiones DMTConclusiones DMT
• Técnica de modulación derivada de QAM.
• Divide el canal en subcanales que configura para optimizar S/N.
• Hace uso de las técnicas de DFT.
• Muy empleada en xDSL.
• Fácil ecualización.
• Existe variante (WDMT) que emplea Transformada Wavelet que presenta ventajas en cuanto a interferencia en canales adyacentes.*
44
Modulación de Modulación de Espectro Espectro
EnsanchadoEnsanchadoSpread Spectrum (SS)Spread Spectrum (SS)
45
ESPECTRO ESNANCHADOESPECTRO ESNANCHADO (Spread Spectrum)(Spread Spectrum)
• Bases de la teoría conocidas desde la década del
40 para aplicaciones militares.• Década del 70 se trabaja en este esquema para
investigaciones no militares pero no se extiende
su uso por limitaciones tecnológicas.• VLSI ha permitido equipos mediante SS a
costos razonables en TxD, redes de computadoras
inalámbricas y telefonía celular digital
(aplicaciones de radio).*
46
• La señal modulada ocupa un Bt mucho mayor que el mínimo necesario para su transmisión.
• El ensanchamiento del espectro se alcanza con una señal ensanchadora (spreading signal) llamada señal de código que es independiente del dato.
• En el receptor la recuperación de la señal de dato se realiza correlacionando la señal de SS con una réplica sincronizada de la señal de código. *
REQUISITOS DE SSREQUISITOS DE SS
47
1.- Supresión de señales interferentes que
compartan el mismo rango de frecuencias.
2.- Reducción de la Densidad Espectral de
Energía de la señal modulada (El enlace puede
operar sin ser detectado por receptores no
autorizados) (Low Probability Detection,
LPD).*
Beneficios de SSBeneficios de SS
49
3.- Permite Acceso Múltiple: Se reparte el recurso de comunicación entre varios usuarios de una manera coordinada.
Ejemplo: Acceso Múltiple por División de Código CDMA, manteniendo la privacidad de las comunicaciones entre usuarios. Un usuario no autorizado no puede monitorear fácilmente una señal*
Beneficios de SS, Beneficios de SS, contcont
50
señal1
señal2
señal1
señal3
señal1
señal3
señal2
señal3
señal2
tiempo
frecuencia
•••
•••
•••
• • •
banda 3
banda 2
banda 1
Expresión simplificada del proceso, no requiere sincronización entre usuarios para el uso del recurso de comunicación, solo sincronía entre Tx. y Rx.*
Beneficios de SS, Beneficios de SS, contcont
51
xSS(t)
Bases de SSBases de SS
Señal recibida
Señal de código Señal de código
filtro
interferencia
x(t)
• Multiplicar por la señal de código 1 vez ensancha el espectro de la señal útil.
•La segunda multiplicación de la Sx recibida por la de código recupera la Sx original.
52
•Multiplicar por la señal de código 1 vez ensancha el espectro de la señal útil.
BtX(f)
fseñal de datooriginal
XSS(f)
fseñal con espectro ensanchado
BtSS
Bases de SSBases de SS
53
• La energía de la señal modulada queda dispersa en un Bt muy grande y su densidad espectral de energía es muy pequeña por lo que puede quedar enmascarada por el ruido, LPD.
• Permite que varias señales ocupen el mismo ancho de banda sin interferirse unas con otra y manteniendo la privacidad.
Bases de SSBases de SS
54
Reducción de InterferenciaReducción de InterferenciaBases de SS, cont.Bases de SS, cont.
Señal recibida
filtro
interferencia
x(t) xSS
Señal de código Señal de código
X(f)
f f
señal modulada
interferencia
interferencia
señal demodulada
55
• Multiplicar la señal modulada por la señal de código seguida por un filtro recupera la señal original.
• La señal útil es multiplicada dos veces pero la señal interferente es multiplicada una vez.
Reducción de InterferenciaReducción de InterferenciaBases de SS, cont.Bases de SS, cont.
56
Tipos de SS mas empleadosTipos de SS mas empleados
•Secuencia Directa
•Salto de Frecuencia
57
Secuencia Directa Secuencia Directa
• Cada usuario emplea una señal de código (secuencias ensanchadoras) diferente.
• Las señales de códigos no son arbitrarias, deben cumplir requisitos.
58
Considerando “ 1” pulso negativo
“ 0” pulso positivo
La suma modulo 2 = Multiplicación
+
1+1 = 0
1+0 = 1
0+0 = 0
0+1 = 1
- • - = +
- • + = -
+ • + = +
+ • - = -
= •
Una observación:Una observación:
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Principios de Operación de Principios de Operación de Secuencia DirectaSecuencia Directa
Disminuir el ancho de los pulsos implica Disminuir el ancho de los pulsos implica ensanchar su espectroensanchar su espectro
1
Datos
+
Señal Transmitida
0 0 0 1 1 0 1Señal de
código
1 1 1 0 0 1 0
Td
Tc
61
• Cada usuario tiene un código diferente y la
correlación cruzada entre dos secuencias de
código debe ser baja para permitir la
recuperación de las señales libres de
interferencia.
Principios de Operación de Principios de Operación de Secuencia DirectaSecuencia Directa
Departamento de Telemática 62
Procesamiento de la señal de Datos
Señal TransmitidaSeñal de código
Señal de datos
0 0 01 1Datos
Código 1 1 10 0 10 1 110 0 10 1 1 10 0 10 1 110 0 10 1 1 10 0 10 1 11
Sec.
TX1 1 10 0 10 0 0 0 11 011 1 10 0 10 1 1 100 10 0 0 01 1 0 11 1 1
Td
Tc
Td / Tc = # entero
+
Departamento de Telemática 63
•!!! Sec Tx. + Sec Codigo = Secuencia original de datos
0 0 01 1Datos
Código 1 1 10 0 10 1 110 0 10 1 1 10 0 10 1 110 0 10 1 1 10 0 10 1 11
Sec.
TX1 1 10 0 10 0 0 0 11 011 1 10 0 10 1 1 100 10 0 0 01 1 0 11 1 1
Td
Tc•El espectro de la señal procesada se ha logrado ensanchar•Reloj de datos y de código deben estar sincronizados.
Tc
64
Sec. Tx+Sec. código
Sec. de datosModulador
+Mezclador
Modulación BPSK o QPSK
Transmisión de señal con Transmisión de señal con Espectro EsparcidoEspectro Esparcido
Demodulador+
Mezclador + Datos Recibidos
Sec. de código sincronizada
65
•Para la recuperación de la señal en el Rx. es
necesario:Receptor CONOZCA la secuencia de
esparcimiento y que se sincronice con ella.
Transmisión de señal con Transmisión de señal con Espectro EsparcidoEspectro Esparcido
•Las modulaciones empleadas son formatos
de amplitud constante pues los efectos no
lineales de los amplificadores de banda
ancha alteran las amplitudes. (PSK o DPSK
de 2 o 4 fases)
66
•Td / Tc = Rc / Rd : Factor de
ensanchamiento para SD.•Rc: Velocidad de la señal de código•Rd: Velocidad de la señal de datos.
•Gp = 10 log (Rc / Rd) Determina
comportamiento de Sistema SS.
Ganancia de ProcesamientoGanancia de Procesamiento
67
EjemploEjemplo
•Con Rc / R d= 10 ==> Gp 10 log 10 = 10dB•Significa que el sistema con SS requiere Gp dB
menos en la S/N con respecto al sistema
convencional para alcanzar una buena recepción..
Si antes de SS requería 15 dB de S/N, después de
SS basta tener:• 15 - Gp = 5 dB de S/N
Ganancia de ProcesamientoGanancia de Procesamiento
Departamento de Telecomunicaciones
UCI 2009
68
1000 0100 0010 1001 1100 0110 1011 01011010 1101 1110 1111 0111 0011 0001 1000
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1
A B C D
+
Ckreloj secuenciasecuencia
Generación de secuencia pseudo Generación de secuencia pseudo aleatoriaaleatoria
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UCI 2009
69
Propiedades de secuencia pseudo Propiedades de secuencia pseudo aleatoria (1)aleatoria (1)
Propiedad de Balance
• Aproximadamente la mitad de “ceros” y de “unos”
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1Balance 7 “0” y 8 “1”cumple
70
Propiedades de secuencia pseudo Propiedades de secuencia pseudo aleatoria (2)aleatoria (2)
Propiedad de carrera (run property)• Carrera secuencia de un mismo dígito. Un dígito
diferente inicia otra carrera. La longitud de carrera es cantidad de dígitos en ella.
• En cada periodo de secuencia pseudo aleatoria deseable que la mitad de las carreras sean de longitud 1, la cuarta parte de longitud 2, la octava parte de longitud 3, etc.0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1Carreras : de “0” hay 4 , la mitad de un cero, la cuarta parte de longitud 2.Idem para “ 1”*
Departamento de Telecomunicaciones
UCI 2009
71
Propiedades de secuencia pseudo Propiedades de secuencia pseudo aleatoria (3)aleatoria (3)
Propiedad de Correlación• Si un periodo de la secuencia es comparado
término a término con un corrimiento cíclico de ella misma, el número de coincidencias difiere del número de discrepancias por no más de una unidad.
• La comparación sólo toma valores elevados cuando las secuencias son coincidentes.
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72
A B C D
+
Ckreloj secuenciasecuencia
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 11 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1D C C D D C D C D D D D C C C
D = 8C = 7CORRELACIÓN = (C – D) / ( 2 n – 1 )
CORRELACIÓN = (C – D)
n = 4 ; p = 2 n - 1
p = 15
n
p
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73
CorrelaciónCorrelación
Rx (τ) = (1/p ) (Número de coincidencias – discrepancias)
74
1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 CCC CCC CCCCC
Sincronización de la señal de código Sincronización de la señal de código con la versión de la misma del receptorcon la versión de la misma del receptor
• • • •cadena de bits
recibidos
• • • •
Detector de correlación Señal de
sincronización
Periodo de la señal de código
Ventana de análisis
1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0
C - D = 11
Sinc.!!!
Departamento de Telemática 75
DDC DDCCDC CD
0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1
0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0
D DDCDDCCDCC1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0
C - D = -1
+ 1 bit
1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0C - D = -1
- 1 bit
1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0
Sincronización de la señal de código Sincronización de la señal de código con la versión de la misma del receptorcon la versión de la misma del receptor
78
Resumen Beneficios de Espectro Resumen Beneficios de Espectro EsparcidoEsparcido
Secuencia DirectaSecuencia Directa
Alta inmunidad ante la interferencia de canales coexistentes
No afectación a canales coexistentes
Se puede transmitir sin licencia de asignación de frecuencia en algunos países.
79
Múltiples sistemas con diferente secuencia sin
interferencias entre sí ==> Multiplex por División de
Código
Resumen Beneficios de Espectro Resumen Beneficios de Espectro EsparcidoEsparcido
Secuencia DirectaSecuencia Directa
Privacidad de la TX pues es preciso conocer la Sec.
de esparcimiento para detectar la señal.
80
•Con el objetivo de alcanzar una adecuada
Capacidad en un canal con S/N pequeñas se
transforma la señal de datos para que ocupe
mayor Bt ( S/N, Bt , C = )
Resumen de Espectro EsparcidoResumen de Espectro EsparcidoSecuencia DirectaSecuencia Directa
•Para aumentar el Bt es preciso disminuir el
tiempo de duración de los bits. •(Menores Tb ==> Mayores Bt)
81
Resumen de Espectro EsparcidoResumen de Espectro EsparcidoSecuencia DirectaSecuencia Directa
•Sumando en módulo dos la secuencia de datos con una secuencia pseudoaleatoria de menor Tc se transforma la secuencia de datos en otra secuencia de menor T que contiene la información de la señal de datos.
•Siendo conocida por el receptor la secuencia de esparcimiento y con una adecuada sincronización puede recibirse la señal aunque S/N sea tan baja que no produzca interferencias.
82
802.11 IEEE para redes 802.11 IEEE para redes inalámbricas inalámbricas
Condiciones normadas:
•Secuencia de esparcimiento de 11 bits
•Modulación empleada de DBPSK y
DQPSK con razón de símbolos de 1 MHz
para velocidades de transmisión de 1 Mbps
y 2 Mbps respectivamente.
83
•Ganancia de codificación: 10.4 dB.
•Banda de frecuencia : 2.4 - 2.4835 GHz.
802.11 IEEE para redes 802.11 IEEE para redes inalámbricas inalámbricas
DBPSK DQPSK
10 11
10
01
00
1 Mbps 2 Mbps
•Chipping rate : 11 MHz. ( 11 veces superior a la razón de símbolo)
SS DE SALTO DE SS DE SALTO DE FRECUENCIAFRECUENCIA
84
85
Principios Espectro Ensanchado por Principios Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia, Salto de Frecuencia, Frequency HoppingFrequency Hopping
•La banda de frecuencia de transmisión es dividida en un número de sub-bandas denominadas canales.
•Cada canal es de igual ancho de banda dependiendo de la velocidad de información en bps y del método de modulación empleado.
86
•Un transmisor usa cada canal por un corto tiempo y después salta a otro canal.
Principios Espectro Ensanchado por Principios Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia, Salto de Frecuencia, Frequency HoppingFrequency Hopping
tiempo
frecuencia(canales) 7
6543210
rango de
frecuenciade trabajo
87
Principios Espectro Ensanchado por Principios Espectro Ensanchado por Salto de Frecuencia, Salto de Frecuencia, Frequency HoppingFrequency Hopping
•El método de modulación empleado en los canales puede ser diversos , los más empleados:
•FSK•MFSK•BPSK
88
Tipos de Salto de Frecuencia, cont.Tipos de Salto de Frecuencia, cont.
tiempo
frecuencia(canales)7
6543210
1 0 1
fast frequency hoppingfast frequency hopping
En el intervalo de un bit de datos el sistema experimenta múltiples saltos, la decisión se alcanza por un criterio mayoritario
Saltos de Frecuencia Rápidos
señal de información
Departamento de Telemática 89
tiempo
76543210
1 0 1 1 0
Tipos de Salto de Frecuencia, cont.Tipos de Salto de Frecuencia, cont.Saltos de frecuencia lentosSaltos de frecuencia lentos slow frequency hoppingslow frequency hopping
En el intervalo de tiempo de un canal se transmiten varios bits.Modalidad de más fácil sincronizaciónMenos costosa
Departamento de Telemática 90
FH-SS System. (a) Transmisor (b) receptor
Figure 15.2-1
PN: gen pseudoaleatorio de k bits
2k frecuencias
Departamento de Telemática 91
Output frequency versus data input for slow hop FH-SS system (dos símbolos por salto, FH lento) (FSK)
Figure 15.2-2
92
Ganancia de Procesamiento en FHGanancia de Procesamiento en FH
• GPdB= 10 log (Wtotal/Wcanal)= 10 log n
• n = numero de canales
• En cada canal las frecuencias son fc±fd.
• Si fd= rd/2 (La separación en los símbolos par un mismo canal es 2fd =rd.=Wcanal
• rd: razón de datos en bps.
Departamento de Telemática 93
Secuencia directa vs Frequency Secuencia directa vs Frequency hoppinghopping
Salto de Frecuencia tiene como ventaja sobre
Secuencia Directa La habilidad de evitar el
uso de rangos de frecuencias en los que
existan intensas interferencias que pudieran
dañar la Rx. de la señal.
Una interferencia intensa y conocida se hace
corresponder con un rango de frecuencia en
el que no se ubican canales.
Departamento de Telemática 94
Espectro Esparcido por Salto Espectro Esparcido por Salto de Frecuencia de Frecuencia
Secuencia de salto, (hopping sequence): Patrón pseudoaleatorio de uso de los canales.
Periodo de Chip: Tiempo de estancia del modulador en un canal.
Velocidad de salto, (chipping rate):Saltos de canal por unidad tiempo.
Departamento de Telemática 95
Salto de FrecuenciaSalto de FrecuenciaResumen Resumen
•La señal de datos es modulada empleando diferentes frecuencias portadoras, cada una de ellas define un canal.
•Se definen múltiples canales no solapados.
•Se emplea un canal por un intervalo de tiempo y se salta a otro.
Departamento de Telemática 96
•La secuencia en que se salta de un canal a otro es establecida y pseudoaleatoria.
•El espectro total es la suma del de los canales usados y por lo tanto se logra esparcir el espectro.
Salto de FrecuenciaSalto de FrecuenciaResumen Resumen
97
802.11 de la IEEE para redes 802.11 de la IEEE para redes inalámbricasinalámbricas
Modulación de canal: FSK (GFSK)Razón de símbolos :1 MHz
Opciones•GFSK de dos niveles
fo - 170KHz fo fo + 170 KHz
11 Mbps
obligatorio
0
98
•GFSK de 4 niveles
fofo -225 KHz fo - 75 KHz fo + 75 KHz fo + 225 KHz
00 01 11 10
2 Mbps, opcional
•Establecidos 79 canales no solapados con 1 MHz de espaciamiento.•78 patrones de secuencias de frecuencias.
•Banda de frecuencia: 2.4 - 2.4835 GHz.
802.11 de la IEEE para redes 802.11 de la IEEE para redes inalámbricasinalámbricas
99
Aplicaciones de Aplicaciones de Espectro EsparcidoEspectro Esparcido
•LAN Inalámbricas (wireless LAN) Èstándar 802.11 de la IEEE norma el uso de Secuencia directa y salto de frecuencia
•Enlaces de datos punto a punto en el rango de algunos Mbps (T1, E1, etc).
•Aplicaciones militares
100
Conclusiones SSConclusiones SSModulación de Espectro Esparcido:Método que obtiene ventajas para la transmisión por radio sobre la base de producir como señal transmitida una señal con un ancho espectral superior al necesario lo que le permite entre otras cosas coexistir con otros servicios sin que se interfieran entre sí.Tipos :
• Secuencia Directa• Salto de Frecuencia
Departamento de Telemática 101
Conclusiones semifinalesConclusiones semifinales
• Con las nuevas técnicas de modulación se logran Con las nuevas técnicas de modulación se logran soluciones asoluciones a– Empleo de velocidades crecientes– Soluciones a interferencias indeseables– Mayor inmunidad ante el ruido y la interferencia– Empleo de los soportes al máximo de sus potencialidades.– Permitir la coexistencia de múltiples señales en el
espectro radioeléctrico.– etc.
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