Μέρος Α : Τηλεπικοινωνιακά Θέματα: Τεχνικές Ψηφιακής...

Click here to load reader

  • date post

    03-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    36
  • download

    0

Embed Size (px)

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...

"Modulation Techniques for Mobile Systems"Κινητ Δκτυα Επικοινωνιν
*
*
Τεχνικς Διαμρφωσης για Συστματα Κινητς Επικοινωνας
Διαμρφωση: Η διαδικασα της κωδικοποησης της πληροφορας μιας πηγς στε να εναι κατλληλη για μετδοση.
Στη γενικ περπτωση περιλαμβνει τη μετδοση της πληροφορας σε ζωνοπερατ δαυλο (passband). Το σμα βασικς ζνης (baseband) εναι το «διαμορφνον» σμα εν το ζωνοπερατ σμα που προκπτει εναι το διαμορφωμνο.
Αποδιαμρφωση: Η διαδικασα εξαγωγς του σματος βασικς ζνης απ το ζωνοπερατ σμα.
*
*
Στο περιβλλον της κινητς επικοινωνας πρπει να λαμβνονται υπψη κποιες σημαντικς ιδιαιτερτητες, πως:
- Το φαινμενο της πολυδιδευσης και τα προβλματα που προκαλε
(κυρως λγω επιλεκτικς /και γργορης απσβεσης)
- Το πρβλημα των παρεμβολν απ λλους χρστες
- Η ανγκη για την καλτερη δυνατ εκμετλλευση της ενργειας
(constant envelop / power efficiency)
(Spectral efficiency)
(λλοι δεκτες: CNR, Es/No )
*
*
Η διαμρφωση συνσταται στην κατλληλη τροποποηση κποιων χαρακτηριστικν της φρουσας (πλτος, συχντητα, φση).
Διακρνονται σε αναλογικς και ψηφιακς διαμορφσεις.
Αναλογικς διαμορφσεις χρησιμοποιονται ακμη και σμερα (π.χ. IS-95).
Παρδειγμα ΑΜ διαμρφωσης
Πλεονεκτματα ψηφιακς διαμρφωσης και μετδοσης :
Ανθεκτικτητα στο θρυβο και στις ατλειες του καναλιο
Ευελιξα σε πολυπλεξα διαφρων μορφν πληροφορας
Ενσωμτωση διαδικασιν ελγχου σφαλμτων, ισοστθμισης, κωδικοποησης πηγς
Ευελιξα σε τι αφορ την υλοποηση σε H/W και S/W.
Βασικς τεχνικς: ASK (Amplitude Shift Keying)
FSK (Frequency Shift Keying)
PSK (Phase Shift Keying)
Σμφωνες ομδυνες (coherent) : Τλειος συγχρονισμς πομπο και δκτη.
Ασμφωνες ετερδυνες (incoherent) : Τα σμφωνα σχματα πρπει να τροποποιηθον στε να γνεται ανχνευση (detection) ακμη και ταν δεν υπρχει συγχρονισμς.
PSK DPSK (διαφορικ κωδικοποηση πριν την διαμρφωση PSK)
Incoherent FSK (βλ. σχμα)
Quadrature Amplitude Modulation (QAM – M)
s(t) = Am gT(t) cos(2πfct + θn)
*
*
Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)
Εναι ειδικ περπτωση QAM με Μ=4.
*
*
Διγραμμα βαθμδων του πομπο ενς συστματος QPSK
Split to odd and even
*
*
Διγραμμα βαθμδων του δκτη ενς συστματος QPSK
*
*
Βελτιωμνη παραλλαγ: Offset QPSK ( OQPSK )
Το πλτος του QPSK εναι σταθερ ταν ο παλμς βασικς ζνης εναι ορθογνιος και οι συνθκες ιδανικς. Αυτ η ιδιτητα μως παει να ισχει ταν υπρχει pulse shaping (δηλαδ σχεδν πντα !)
*
*
Οι διακυμνσεις της περιβλλουσας ταν υπρχει pulse shaping
*
*
Τεχνικς Διαμρφωσης για Συστματα Κινητς Επικοινωνας
Μια ακμη παραλλαγ του QPSK: (π/4)-QPSK
Εναι μια λση που βρσκεται ανμεσα στο QPSK και στο OQPSK
H μγιστη δυνατ αλλαγ φσης εναι 135ο. τσι διατηρε την επιθυμητ ιδιτητα σταθερς περιβλλουσας καλτερα απ το QPSK αλλ χι τσο καλ σο το OQPSK.
χει σγουρα αλλαγ φσης κθε Ts πργμα που οδηγε σε καλτερη ανκτηση χρονισμο και σε δυναττητα σχεδιασμο ετερδυνου δκτη.
χει επσης καλτερη συμπεριφορ απ το OQPSK σε συνθκες πολυδιδευσης.
Ο πομπς ενς (π/4)-QPSK συστματος
*
*
Στις τεχνικς αυτς η ιδιτητα σταθερς περιβλλουσας διατηρεται ανεξρτητα απ τις μεταβολς του διαμορφνοντος σματος.
Ττοιου εδους διαμορφσεις εναι οι τπου FM και FSK.
Πλεονεκτματα:
Ευκολα υλοποησης (σε ορισμνες περιπτσεις χωρς καν τη χρση υποσυστματος carrier recovery)
Ανοσα σε μη-γραμμικτητες λγω σταθερς περιβλλουσας
Μειονεκτματα:
Περισστερη απαιτομενη ισχς για το διο BER (στη δυαδικ περπτωση)
Για μεγλα Μ χουμε spectral inefficiency (σο μεγαλνει το Μ τσο εκτενεται το απαιτομενο υρος ζνης)
Δσκολη υλοποηση ζωνοπερατν ισοσταθμιστν (επειδ το σμα FSK εναι μη-γραμμικ συνρτηση του σματος βασικς ζνης)
Δσκολη ανλυση (φσμα, BER κλπ)
*
*
Μη-γραμμικς τεχνικς διαμρφωσης
με σταθερ περιβλλουσα
Το M-FSK πρπει να σχεδιαστε τσι στε να διασφαλζονται η συνχεια φσης και η ορθογωνιτητα των συναρτσεων βσης
Η ελχιστη απσταση που απαιτεται μεταξ δο διαδοχικν συχνοττων στε να χουμε ορθογωνιτητα εναι minΔf = 1/2Ts
μως η ελχιστη απσταση στε να χουμε συνχεια φσης εναι minΔf = 1/Ts
Καλτερη εκμετλλευση του ερους ζνης επιτυγχνεται με τις τεχνικς τπου CPFSK (continuous phase frequency shift keying)
Μια ειδικ (αλλ σημαντικ) περπτωση CPFSK εναι η MSK (minimum shift keying). Μπορε να θεωρηθε ως τροποποιημνη μορφ OQPSK. Η τροποποηση γκειται στο τι οι I και Q συνιστσες πριν πολλαπλασιαστον με τις αντστοιχες φρουσες διαμορφνονται με παλμ ημιτονικς μορφς (sinusoidal pulse shaping)
*
*
*
*
* FFSK (Fast FSK): Παραλλαγ του MSK με διαφορικ προκωδικοποηση
*
*
*
*
Παραλλαγ του MSK: GMSK (Gaussian MSK)
Χρη στη μορφ του παλμο προ-διαμρφωσης (που χει μορφ κατανομς Gauss) επιτυγχνεται ακμα καλτερη εκμετλλευση του φσματος
* Bb : Bandwidth of the premodulation pulse shaping filter
* To : Symbol period
*
*
Τεχνικ μετδοσης (διαμρφωσης) τπου OFDM
OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing
H τεχνικ OFDM μπορε να θεωρηθε ως σχμα διαμρφωσης στο οποο η πληροφορα μεταδδεται (παρλληλα) πνω σε Ν ορθογνιες φρουσες που χουν απσταση 1/Τs , που Τs εναι η διρκεια ενς συμβλου OFDM.
*
*
Δο βασικς κατηγορες συστημτων παρλληλης μετδοσης :
Multicarrier Transmission
Multicode Transmission
Τεχνικ μετδοσης (διαμρφωσης) τπου OFDM
Στο σστημα OFDM τα φσματα των υπο-φερουσν επικαλπτονται χωρς μως αυτ να προκαλε το φαινμενο inter-carrier interference. Για να επιτευχθε αυτ πρπει οι υπο-φρουσες να εναι μαθηματικ ορθογνιες.
OFDM
FDM
Τεχνικ μετδοσης (διαμρφωσης) τπου OFDM
Στο σχμα (α) βλπουμε το φσμα ενς OFDM sub-channel εν στο σχμα (β) το φσμα του συνολικο σματος OFDM.
Βασικ πλεονεκτματα:
Μειονεκτματα:
- Ευαισθησα σε carrier frequency offset (λγω jitter και Doppler )
*
*
Η μορφ του φσματος ισχος ενς τυπικο σματος OFDM
*
*
Τεχνικ μετδοσης (διαμρφωσης) τπου OFDM
Αποδοτικ υλοποηση του συστματος OFDM με χρση του ΙDFT. Οι συναρτσεις βσης του ΙDFT αντιστοιχον στις ορθογνιες υπο-φρουσες
Σμα προς μετδοση:
της i-oστς υπο-φρουσας και f(t) εναι το pulse waveform
fi = fo + (i/Ts)
Ο ρλος του IDFT
- Οι ξοδοι του IDFT αποστλλονται μα-προς-μα (P/S) και το σμα που προκπτει εναι να σμβολο OFDM (το οποο ουσιαστικ εναι η υπρθεση των διαμορφωμνων (με τα QAM σμβολα) υπο-φερουσν)
*
*
Η επδραση της εισαγωγς του Guard Interval
*
*
Bit Error Probability Curves for OFDM and QPSK
*
*
Διγραμμα βαθμδων του πλρους συστματος με χρση του κυκλικο προθματος (cyclic prefix).
Τεχνικ μετδοσης (διαμρφωσης) τπου OFDM
*