Μέρος Α : Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής...

31
Μέρος Α: Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και Μετάδοσης Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Εργαστήριο Επεξεργασίας Σημάτων και Τηλεπικοινωνιών Κινητά Δίκτυα Επικοινωνιών

description

Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής. Εργαστήριο Επεξεργασίας Σημάτων και Τηλεπικοινωνιών. Κινητά Δίκτυα Επικοινωνιών. Μέρος Α : Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και Μετάδοσης. T ο γενικό διάγραμμα ενός Ψηφιακού Τηλ/κού Συστήματος. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Μέρος Α : Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής...

Page 1: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

Μέρος Α: Τηλεπικοινωνιακά Θέματα:

Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και Μετάδοσης

Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Εργαστήριο Επεξεργασίας Σημάτων και Τηλεπικοινωνιών

Κινητά Δίκτυα Επικοινωνιών

Page 2: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

2

Tο γενικό διάγραμμα ενός Ψηφιακού Τηλ/κού Συστήματος

Page 3: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

3

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Διαμόρφωση: Η διαδικασία της κωδικοποίησης της πληροφορίας μιας πηγής Διαμόρφωση: Η διαδικασία της κωδικοποίησης της πληροφορίας μιας πηγής ώστε να είναι κατάλληλη για μετάδοση.ώστε να είναι κατάλληλη για μετάδοση.

Στη γενική περίπτωση περιλαμβάνει τη μετάδοση της πληροφορίας σε Στη γενική περίπτωση περιλαμβάνει τη μετάδοση της πληροφορίας σε ζωνοπερατό δίαυλο (ζωνοπερατό δίαυλο (passband)passband). Το σήμα βασικής ζώνης . Το σήμα βασικής ζώνης (baseband) (baseband) είναι το είναι το «διαμορφώνον» σήμα ενώ το ζωνοπερατό σήμα που προκύπτει είναι το «διαμορφώνον» σήμα ενώ το ζωνοπερατό σήμα που προκύπτει είναι το διαμορφωμένο.διαμορφωμένο.

Αποδιαμόρφωση: Η διαδικασία εξαγωγής του σήματος βασικής ζώνης από το Αποδιαμόρφωση: Η διαδικασία εξαγωγής του σήματος βασικής ζώνης από το ζωνοπερατό σήμα.ζωνοπερατό σήμα.

Η ανάπτυξη τεχνικών διαμόρφωσης για κινητά συστήματα είναι αντικείμενο Η ανάπτυξη τεχνικών διαμόρφωσης για κινητά συστήματα είναι αντικείμενο εντατικής έρευνας ιδιαίτερα κατά την τελευταία δεκαετία.εντατικής έρευνας ιδιαίτερα κατά την τελευταία δεκαετία.

Page 4: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

4

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Στο περιβάλλον της κινητής επικοινωνίας πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κάποιες Στο περιβάλλον της κινητής επικοινωνίας πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κάποιες σημαντικές ιδιαιτερότητες, όπως:σημαντικές ιδιαιτερότητες, όπως:

- Το φαινόμενο της πολυδιόδευσης και τα προβλήματα που προκαλεί - Το φαινόμενο της πολυδιόδευσης και τα προβλήματα που προκαλεί

(κυρίως λόγω επιλεκτικής (κυρίως λόγω επιλεκτικής ή/και γρήγορης απόσβεσης)ή/και γρήγορης απόσβεσης)

- Το πρόβλημα των παρεμβολών από άλλους χρήστες- Το πρόβλημα των παρεμβολών από άλλους χρήστες

- Η ανάγκη για την καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της ενέργειας- Η ανάγκη για την καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της ενέργειας

((constant envelop / power efficiency)constant envelop / power efficiency)

- - Η επιτακτική ανάγκη για αποδοτική εκμετάλλευση του φάσματος Η επιτακτική ανάγκη για αποδοτική εκμετάλλευση του φάσματος

((Spectral efficiencySpectral efficiency))

* Power efficiency: * Power efficiency: Ρυθμός μεταδιδόμενης πληροφορίας ανά Ρυθμός μεταδιδόμενης πληροφορίας ανά Watt Watt ισχύος ισχύος

(άλλοι δείκτες: (άλλοι δείκτες: CNR, ECNR, Ess/N/No o ))

* Spectral efficiency: * Spectral efficiency: Ρυθμός μεταδιδόμενης πληροφορίας ανά Ρυθμός μεταδιδόμενης πληροφορίας ανά Hz Hz του του χρησιμοποιούμενου εύρους ζώνηςχρησιμοποιούμενου εύρους ζώνης (bits/sec/Hz) (bits/sec/Hz)..

Page 5: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

5

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Η διαμόρφωση συνίσταται στην κατάλληλη τροποποίηση κάποιων χαρακτηριστικών Η διαμόρφωση συνίσταται στην κατάλληλη τροποποίηση κάποιων χαρακτηριστικών της φέρουσαςτης φέρουσας ( (πλάτος, συχνότητα, φάση).πλάτος, συχνότητα, φάση). Διακρίνονται σε αναλογικές και ψηφιακές διαμορφώσεις.Διακρίνονται σε αναλογικές και ψηφιακές διαμορφώσεις. Αναλογικές διαμορφώσεις χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα (π.χ. Αναλογικές διαμορφώσεις χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα (π.χ. IS-95).IS-95).

Παράδειγμα ΑΜ διαμόρφωσης Παράδειγμα ΑΜ διαμόρφωσης

Page 6: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

6

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Πλεονεκτήματα ψηφιακής διαμόρφωσης και μετάδοσης :Πλεονεκτήματα ψηφιακής διαμόρφωσης και μετάδοσης : • Ανθεκτικότητα στο θόρυβο και στις ατέλειες του καναλιούΑνθεκτικότητα στο θόρυβο και στις ατέλειες του καναλιού • Ευελιξία σε πολυπλεξία διαφόρων μορφών πληροφορίας Ευελιξία σε πολυπλεξία διαφόρων μορφών πληροφορίας • Ενσωμάτωση διαδικασιών ελέγχου σφαλμάτων, ισοστάθμισης, κωδικοποίησης Ενσωμάτωση διαδικασιών ελέγχου σφαλμάτων, ισοστάθμισης, κωδικοποίησης πηγήςπηγής• Ευελιξία σε ότι αφορά την υλοποίηση σε Ευελιξία σε ότι αφορά την υλοποίηση σε H/W H/W καικαι S/W S/W..

Βασικές τεχνικές: Βασικές τεχνικές: ASK (Amplitude Shift Keying)ASK (Amplitude Shift Keying)

FSK (Frequency Shift Keying)FSK (Frequency Shift Keying)

PSK (Phase Shift Keying)PSK (Phase Shift Keying)

Page 7: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

7

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Σύμφωνες ή ομόδυνες (Σύμφωνες ή ομόδυνες (coherent) coherent) : Τέλειος συγχρονισμός πομπού και δέκτη.: Τέλειος συγχρονισμός πομπού και δέκτη. Ασύμφωνες ή ετερόδυνες Ασύμφωνες ή ετερόδυνες (incoherent) : (incoherent) : Τα σύμφωνα σχήματα πρέπει να Τα σύμφωνα σχήματα πρέπει να τροποποιηθούν ώστε να γίνεται ανίχνευση (τροποποιηθούν ώστε να γίνεται ανίχνευση (detection) detection) ακόμη και όταν δεν ακόμη και όταν δεν υπάρχει συγχρονισμός.υπάρχει συγχρονισμός. PSK PSK DPSK ( DPSK (διαφορική κωδικοποίηση πριν την διαμόρφωση διαφορική κωδικοποίηση πριν την διαμόρφωση PSKPSK)) Incoherent FSK Incoherent FSK (βλ. σχήμα)(βλ. σχήμα)

cos(cos(22ππffiit – t – φφ) =) = cos(cos(φφ) ) cos(cos(22ππffiit t ) ) + sin(+ sin(φφ) ) sin(sin(22ππffiitt ) )

Page 8: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

8

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Αποδοτικές τεχνικές με μεγάλο Αποδοτικές τεχνικές με μεγάλο spectral efficiencyspectral efficiency: :

Quadrature Amplitude Modulation (QAM – M)Quadrature Amplitude Modulation (QAM – M)

s(t) = As(t) = Am m ggTT(t)(t) coscos(2(2ππffcct + t + θθnn))

s(t) = As(t) = Amc mc ggTT(t)(t) coscos(2(2ππffcct ) + At ) + Ams ms ggTT(t)(t) sinsin(2(2ππffcct ) t ) , , m=1,2 … Mm=1,2 … M

Page 9: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

9

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)

Είναι ειδική περίπτωση Είναι ειδική περίπτωση QAM QAM με Μ=4.με Μ=4.

Page 10: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

10

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Διάγραμμα βαθμίδων του πομπού ενός συστήματος Διάγραμμα βαθμίδων του πομπού ενός συστήματος QPSKQPSK

Split to odd and even

Page 11: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

11

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Διάγραμμα βαθμίδων του δέκτη ενός συστήματος Διάγραμμα βαθμίδων του δέκτη ενός συστήματος QPSKQPSK

Page 12: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

12

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Βελτιωμένη παραλλαγή: Βελτιωμένη παραλλαγή: Offset QPSK ( OQPSK )Offset QPSK ( OQPSK ) Το πλάτος του Το πλάτος του QPSK QPSK είναι σταθερόείναι σταθερό όταν ο παλμός βασικής ζώνης είναι ορθογώνιος όταν ο παλμός βασικής ζώνης είναι ορθογώνιος και οι συνθήκες ιδανικές. Αυτή η ιδιότητα όμως παύει να ισχύει όταν υπάρχει και οι συνθήκες ιδανικές. Αυτή η ιδιότητα όμως παύει να ισχύει όταν υπάρχει pulse pulse shaping shaping (δηλαδή σχεδόν πάντα !)(δηλαδή σχεδόν πάντα !) Στο σύστημα Στο σύστημα OQPSK OQPSK οι άρτιες και περιττές δυαδικές ακολουθίες (δηλ. οι συνιστώσες Ι οι άρτιες και περιττές δυαδικές ακολουθίες (δηλ. οι συνιστώσες Ι και και QQ) είναι μετατοπισμένες η μια σχετικά με την άλλη κατά ) είναι μετατοπισμένες η μια σχετικά με την άλλη κατά TTbb (και όχι χρονικά (και όχι χρονικά

ευθυγραμμισμένες όπως στο ευθυγραμμισμένες όπως στο QPSK)QPSK). Με τον τρόπο αυτό συμβαίνουν αλλαγές φάσης . Με τον τρόπο αυτό συμβαίνουν αλλαγές φάσης κάθε κάθε TTbb (και όχι κάθε 2(και όχι κάθε 2TTbb) αλλά η μέγιστη δυνατή αλλαγή περιορίζεται σε 90) αλλά η μέγιστη δυνατή αλλαγή περιορίζεται σε 90οο

(και όχι (και όχι

στις 180στις 180οο).).

Page 13: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

13

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Οι διακυμάνσεις της περιβάλλουσας όταν υπάρχει Οι διακυμάνσεις της περιβάλλουσας όταν υπάρχει pulse shapingpulse shaping

Page 14: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

14

Τεχνικές Διαμόρφωσης για Συστήματα Κινητής Επικοινωνίας

Μια ακόμη παραλλαγή του Μια ακόμη παραλλαγή του QPSK: (QPSK: (π/4π/4)-QPSK)-QPSK Είναι μια λύση που βρίσκεται ανάμεσα στο Είναι μια λύση που βρίσκεται ανάμεσα στο QPSK QPSK και στο και στο OQPSKOQPSK H H μέγιστη δυνατή αλλαγή φάσης είναι 135μέγιστη δυνατή αλλαγή φάσης είναι 135οο. Έτσι διατηρεί την επιθυμητή ιδιότητα . Έτσι διατηρεί την επιθυμητή ιδιότητα σταθερής περιβάλλουσας καλύτερα από το σταθερής περιβάλλουσας καλύτερα από το QPSKQPSK αλλά όχι τόσο καλά όσο το αλλά όχι τόσο καλά όσο το OQPSK. OQPSK. Έχει σίγουρα αλλαγή φάσης κάθε Έχει σίγουρα αλλαγή φάσης κάθε TTss πράγμα που οδηγεί σε καλύτερη ανάκτηση πράγμα που οδηγεί σε καλύτερη ανάκτηση

χρονισμού και σε δυνατότητα σχεδιασμού ετερόδυνου δέκτη.χρονισμού και σε δυνατότητα σχεδιασμού ετερόδυνου δέκτη. Έχει επίσης καλύτερη συμπεριφορά από το Έχει επίσης καλύτερη συμπεριφορά από το OQPSK OQPSK σε συνθήκες πολυδιόδευσης.σε συνθήκες πολυδιόδευσης.

Ο πομπός ενός Ο πομπός ενός ((ππ/4)-QPSK /4)-QPSK συστήματοςσυστήματος

Page 15: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

15

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Στις τεχνικές αυτές η ιδιότητα σταθερής περιβάλλουσας διατηρείται ανεξάρτητα από Στις τεχνικές αυτές η ιδιότητα σταθερής περιβάλλουσας διατηρείται ανεξάρτητα από τις μεταβολές του διαμορφώνοντος σήματος.τις μεταβολές του διαμορφώνοντος σήματος. Τέτοιου είδους διαμορφώσεις είναι οι τύπου Τέτοιου είδους διαμορφώσεις είναι οι τύπου FM FM και και FSK.FSK.

Πλεονεκτήματα:Πλεονεκτήματα:- Εύκολη μετατροπή για ασύμφωνη ανίχνευσηΕύκολη μετατροπή για ασύμφωνη ανίχνευση- Ευκολία υλοποίησης (σε ορισμένες περιπτώσεις χωρίς καν τη χρήση υποσυστήματος Ευκολία υλοποίησης (σε ορισμένες περιπτώσεις χωρίς καν τη χρήση υποσυστήματος carrier recovery)carrier recovery)- Ανοσία σε μη-γραμμικότητες λόγω σταθερής περιβάλλουσαςΑνοσία σε μη-γραμμικότητες λόγω σταθερής περιβάλλουσας

Μειονεκτήματα:Μειονεκτήματα:- Περισσότερη απαιτούμενη ισχύς για το ίδιο Περισσότερη απαιτούμενη ισχύς για το ίδιο BER (BER (στη δυαδική περίπτωση)στη δυαδική περίπτωση)- Για μεγάλα Μ έχουμε Για μεγάλα Μ έχουμε spectral inefficiency (spectral inefficiency (όσο μεγαλώνει το Μ τόσο εκτείνεται το όσο μεγαλώνει το Μ τόσο εκτείνεται το απαιτούμενο έυρος ζώνης)απαιτούμενο έυρος ζώνης)- Δύσκολη υλοποίηση ζωνοπερατών ισοσταθμιστών (επειδή το σήμα Δύσκολη υλοποίηση ζωνοπερατών ισοσταθμιστών (επειδή το σήμα FSKFSK είναι μη- είναι μη-γραμμική συνάρτηση του σήματος βασικής ζώνης)γραμμική συνάρτηση του σήματος βασικής ζώνης)- Δύσκολη ανάλυση (φάσμα, Δύσκολη ανάλυση (φάσμα, BER BER κλπ)κλπ)

Page 16: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

16

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Το Το M-FSK M-FSK πρέπει να σχεδιαστεί έτσι ώστε να διασφαλίζονται η συνέχεια φάσης και η πρέπει να σχεδιαστεί έτσι ώστε να διασφαλίζονται η συνέχεια φάσης και η

ορθογωνιότητα των συναρτήσεων βάσηςορθογωνιότητα των συναρτήσεων βάσης

Η ελάχιστη απόσταση που απαιτείται μεταξύ δύο διαδοχικών συχνοτήτων ώστε να Η ελάχιστη απόσταση που απαιτείται μεταξύ δύο διαδοχικών συχνοτήτων ώστε να

έχουμε ορθογωνιότητα είναι έχουμε ορθογωνιότητα είναι minminΔΔf = 1/f = 1/22TsTs

Όμως η ελάχιστη απόσταση ώστε να έχουμε συνέχεια φάσης είναι Όμως η ελάχιστη απόσταση ώστε να έχουμε συνέχεια φάσης είναι minminΔΔf = 1/Tsf = 1/Ts

Καλύτερη εκμετάλλευση του εύρους ζώνης επιτυγχάνεται με τις τεχνικές τύπου Καλύτερη εκμετάλλευση του εύρους ζώνης επιτυγχάνεται με τις τεχνικές τύπου CPFSK CPFSK

(continuous phase frequency shift keying) (continuous phase frequency shift keying)

Μια ειδική (αλλά σημαντική) περίπτωση Μια ειδική (αλλά σημαντική) περίπτωση CPFSK CPFSK είναι η είναι η MSK (minimum shift MSK (minimum shift

keying). keying). Μπορεί να θεωρηθεί ως τροποποιημένη μορφή Μπορεί να θεωρηθεί ως τροποποιημένη μορφή OQPSK. OQPSK. Η τροποποίηση Η τροποποίηση

έγκειται στο ότι οι έγκειται στο ότι οι II και και Q Q συνιστώσες πριν πολλαπλασιαστούν με τις αντίστοιχες συνιστώσες πριν πολλαπλασιαστούν με τις αντίστοιχες

φέρουσες διαμορφώνονται με παλμό ημιτονικής μορφής φέρουσες διαμορφώνονται με παλμό ημιτονικής μορφής (sinusoidal pulse shaping)(sinusoidal pulse shaping)

Kostas Berberidis
- f(i+1)T=N(i+1) and f(i)T=N(i) - min(N(i+1)-N(i))=1 => Δf=f(i+1)-f(i)=1/T
Page 17: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

17

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Δημιουργία του σήματος Δημιουργία του σήματος MSKMSK

* Ερμηνεύεται επίσης ως ένα σύστημα με μνήμη ενός συμβόλου* Ερμηνεύεται επίσης ως ένα σύστημα με μνήμη ενός συμβόλου

Page 18: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

18

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Σύγκριση των φασμάτων διαφόρων συστημάτων διαμόρφωσηςΣύγκριση των φασμάτων διαφόρων συστημάτων διαμόρφωσης

* * FFSK (Fast FSK): FFSK (Fast FSK): Παραλλαγή τουΠαραλλαγή του MSK MSK με διαφορική προκωδικοποίηση με διαφορική προκωδικοποίηση

Page 19: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

19

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Διάγραμμα βαθμίδων του αποδιαμορφωτή ενός συστήματος τύπου Διάγραμμα βαθμίδων του αποδιαμορφωτή ενός συστήματος τύπου MSKMSK

Page 20: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

20

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Παραλλαγή του Παραλλαγή του MSK: GMSK (Gaussian MSK)MSK: GMSK (Gaussian MSK) Χάρη στη μορφή του παλμού προ-διαμόρφωσης (που έχει μορφή κατανομής Χάρη στη μορφή του παλμού προ-διαμόρφωσης (που έχει μορφή κατανομής Gauss) Gauss) επιτυγχάνεται ακόμα καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματοςεπιτυγχάνεται ακόμα καλύτερη εκμετάλλευση του φάσματος

* B* Bbb : Bandwidth of the premodulation pulse shaping filter : Bandwidth of the premodulation pulse shaping filter

* T* To o : Symbol period: Symbol period

Page 21: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

21

Μη-γραμμικές τεχνικές διαμόρφωσης με σταθερή περιβάλλουσα

Σύγκριση φασμάτων Σύγκριση φασμάτων MSK MSK και και GMSKGMSK

Page 22: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

22

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

OFDM : Orthogonal Frequency Division MultiplexingOFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing HH τεχνική τεχνική OFDM OFDM μπορεί να θεωρηθεί ως σχήμα διαμόρφωσης στο οποίο η πληροφορία μπορεί να θεωρηθεί ως σχήμα διαμόρφωσης στο οποίο η πληροφορία μεταδίδεται (παράλληλα) πάνω σε Ν ορθογώνιες φέρουσες που έχουν απόσταση 1/Τμεταδίδεται (παράλληλα) πάνω σε Ν ορθογώνιες φέρουσες που έχουν απόσταση 1/Τ ss , ,

όπου Τόπου Τss είναι η διάρκεια ενός συμβόλου είναι η διάρκεια ενός συμβόλου OFDM.OFDM.

Μέσω της παράλληλης μετάδοσης Μέσω της παράλληλης μετάδοσης επιτυγχάνουμε σημαντική μείωση έως επιτυγχάνουμε σημαντική μείωση έως και εξουδετέρωση της διασυμβολικής και εξουδετέρωση της διασυμβολικής παρεμβολής παρεμβολής (ISI) (ISI) που προκαλείται από που προκαλείται από τη χρονική διασπορά του καναλιού και τη χρονική διασπορά του καναλιού και τα πολυδρομικά φαινόμενατα πολυδρομικά φαινόμενα

Page 23: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

23

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Δύο βασικές κατηγορίες συστημάτων παράλληλης μετάδοσης :Δύο βασικές κατηγορίες συστημάτων παράλληλης μετάδοσης :

Multicarrier TransmissionMulticarrier Transmission

Multicode TransmissionMulticode Transmission

Page 24: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

24

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Στο σύστημα Στο σύστημα OFDMOFDM τα φάσματα των υπο-φερουσών επικαλύπτονται χωρίς τα φάσματα των υπο-φερουσών επικαλύπτονται χωρίς όμως αυτό να προκαλεί το φαινόμενο όμως αυτό να προκαλεί το φαινόμενο inter-carrier interference. inter-carrier interference. Για να Για να επιτευχθεί αυτό πρέπει οι υπο-φέρουσες να είναι μαθηματικά ορθογώνιες.επιτευχθεί αυτό πρέπει οι υπο-φέρουσες να είναι μαθηματικά ορθογώνιες.

OFDMOFDM

FDMFDM

* Συνθήκη * Συνθήκη ορθογωνιότητας:ορθογωνιότητας:

Page 25: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

25

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Στο σχήμα (α) βλέπουμε το φάσμα ενός Στο σχήμα (α) βλέπουμε το φάσμα ενός OFDM sub-channel OFDM sub-channel ενώ στο σχήμα (β) το ενώ στο σχήμα (β) το φάσμα του συνολικού σήματος φάσμα του συνολικού σήματος OFDM.OFDM.

Βασικά πλεονεκτήματα: Βασικά πλεονεκτήματα:

- Καλύτερη αξιοποίηση του φάσματος - Καλύτερη αξιοποίηση του φάσματος

- Διάχυση του προβλήματος της επιλεκτικής και γρήγορης απόσβεσης. Έτσι - Διάχυση του προβλήματος της επιλεκτικής και γρήγορης απόσβεσης. Έτσι αποφεύγονται αποφεύγονται burst errors.burst errors.

Μειονεκτήματα: Μειονεκτήματα:

- Ευαισθησία σε - Ευαισθησία σε carrier frequency offset (carrier frequency offset (λόγωλόγω jitter jitter καικαι Doppler ) Doppler )

- - Δεν διασφαλίζεται η σταθερή περιβάλλουσα και συνεπώς η τεχνική είναι Δεν διασφαλίζεται η σταθερή περιβάλλουσα και συνεπώς η τεχνική είναι ευαίσθητη σε μη γραμμικές παραμορφώσεις του διαύλουευαίσθητη σε μη γραμμικές παραμορφώσεις του διαύλου

Page 26: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

26

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Η μορφή του φάσματος ισχύος ενός τυπικού σήματος Η μορφή του φάσματος ισχύος ενός τυπικού σήματος OFDMOFDM

Page 27: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

27

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Αποδοτική υλοποίηση του συστήματος Αποδοτική υλοποίηση του συστήματος OFDM OFDM με χρήση του Ιμε χρήση του ΙDFTDFT. Οι . Οι συναρτήσεις βάσης του Ισυναρτήσεις βάσης του ΙDFT DFT αντιστοιχούν στις ορθογώνιες υπο-φέρουσεςαντιστοιχούν στις ορθογώνιες υπο-φέρουσες

Σήμα προς μετάδοση: Σήμα προς μετάδοση:

Όπου Όπου ffii είναι η συχνότητα είναι η συχνότητα

της της i-oi-oστής στής υπο-φέρουσας και υπο-φέρουσας και f(t)f(t) είναι το είναι το pulse pulse waveformwaveform

ffii = f = foo + (i/T + (i/Tss))

Page 28: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

28

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDMΟ ρόλος του IDFT

21

0

2 2 2 20 0 1 0 2 0 3 0

4 4 4 4

2 2 2 20 1 11 2 1 31

4 4 4 4

2 2 2 20 2 1 2 2 2 3 2

4 4 4 4

( ) ( )

(0) (0) (1) (2) (3)

(1) (0) (1) (2) (3)

(2) (0) (1) (2) (3)

(3) (0

K j k nK

n

j j j j

j j j j

j j j j

x n X k e

x X e X e X e X e

x X e X e X e X e

x X e X e X e X e

x X

2 2 2 20 3 1 3 2 3 3 3

4 4 4 4) (1) (2) (3)j j j j

e X e X e X e

- Οι έξοδοι του IDFT αποστέλλονται μία-προς-μία (P/S) και το σήμα που προκύπτει είναι ένα σύμβολο OFDM (το οποίο ουσιαστικά είναι η υπέρθεση των διαμορφωμένων (με τα QAM σύμβολα) υπο-φερουσών)

- Παρατηρούμε ότι κάθε αρχικό σύμβολο QΑΜ μεταδίδεται μέσω μίας συγκεκριμένης υπο-φέρουσας (γινόμενο της αντίστοιχης συνάρτησης βάσης του IDFT με μία κοινή φέρουσα) για Κ-πλάσιο χρόνο

Page 29: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

29

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Η επίδραση της εισαγωγής του Η επίδραση της εισαγωγής του Guard IntervalGuard Interval

Page 30: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

30

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM

Bit Error Probability Curves for OFDM and QPSKBit Error Probability Curves for OFDM and QPSK

Page 31: Μέρος  Α :  Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής Διαμόρφωσης και  Μετάδοσης

31

Διάγραμμα βαθμίδων του πλήρους συστήματος με χρήση του κυκλικού Διάγραμμα βαθμίδων του πλήρους συστήματος με χρήση του κυκλικού προθέματος (προθέματος (cyclic prefixcyclic prefix))..

Τεχνική μετάδοσης (διαμόρφωσης) τύπου OFDM