UNIDADE II Aula 2 – Modulação – parte 6

UNIDADE II
Aula 2 – Modulação – parte 6
Fonte: Irene Silva Farias e Edmar José do Nascimento
Modulação ASK (Amplitude Shift Keying)
•O sinal ASK pode ser produzido empregando-se os mesmos teoremas da
modulação AM-DSB. As principais características da modulação pôr
chaveamento de amplitude são:
• Facilidade
F ilid d d
de modular
d l e demodular;
d
d l
• Pequena largura de faixa;
• Baixa imunidade a ruídos.
•Devido a essas características, a modulação pôr chaveamento de amplitude é
indicada nas situações em que exista pouco ruído para interferir na recepção do
sinal ou quando o baixo custo é essencial
essencial. A modulação ASK é utilizada em
aplicações:
• Transmissão via fibra ópticas, onde não existe ruído para interferir na
recepção do sinal;
• Transmissão de dados pôr infravermelho, como os usados em algumas
calculadoras;
• Controle remoto pôr meio de raios infravermelhos, como os usados em
aparelhos de tv;
• Controle remoto pôr meio de radiofrequência, como os usados para ligar e
desligar alarmes de carros, residências ou abrir portões.
Modulação ASK - Simulação
•O diagrama
g
de blocos q
que representa
p
a simulação
ç da modulação
ç ASK no
Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):
•OBS: Ao executar a simulação pela primeira vez, um erro pode ocorrer,
i di
indicando
d que os parâmetros
â t
d
do filt
filtro passa-baixa
b i ainda
i d não
ã fforam iinicializados.
i i li d
Tal filtro encontra-se dentro do bloco “demodulador ASK”. O filtro deve ser
inicializado, dando-se dois cliques nele (Digital Filter Design). Ao abrir o filtro,
verificar que os parâmtros devem ser os mesmos da figura do próximo slide:
Modulação ASK – Parâmetros do filtro passa-baixo:
Modulação ASK – gráficos e parâmetros da simulação
•O
O resultado da simulação corresponde à modulação real ASK
ASK. O tempo de
simulação foi de 100s.
Modulação FSK (Frequency Shift Keying)
•A modulação por chaveamento da freqüência modula alterando apenas a
freqüência da onda portadora (amplitude e fase permanecem iguais). Estas
alterações ocorrem em função do sinal digital a ser transmitido. Se utiliza de
método de modulação não-linear satisfazendo a (Rappaport,2008):
•Amplificadores de classe C eficientes em termos de potência podem ser
usados em introduzir degradação na ocupação de espectro do sinal
transmitido;
•Uma baixa radiação fora de banda da ordem de -60dB a -70dB pode ser
alcançada;
•A detecção do discriminador-limitador
discriminador limitador pode ser utilizada
utilizada, o que simplifica o
projeto do receptor e oferece auto-imunidade contra ruido de FM aleatório e
flutuações de sinais devidas atenuação Raylight.
•Embora apresente muitas vantagens ocupa maior largura de faixa que as demais
técnicas de modulação (lineares).
•Em
Em sistemas onde eficiência de largura de banda é mais importante que
eficiência de potencia, esse método não é adequado (Rappaport, 2008).
Modulação BFSK (Binary Frequency Shift Keying)
•Esta técnica de modulação varia a freqüência da portadora através da
associação de valores digitais a freqüências específicas. Nela o bit “0” e o bit “1”
possuem freqüências especificas:
•O
O modulador BFSK gera internamente dois sinais independentes de acordo com
o bit de dados (“0” ou “1”).
•Dependendo de como as variações ocorram pode haver descontinuidade de fase
entre dois bits diferentes o que gera sérios problemas como o espalhamento
espectral e transmissões ilegítimas e permitem detecção não-coerente
(Rappaport, 2008).
Modulação BFSK - Simulação
•O diagrama
g
de blocos q
que representa
p
a simulação
ç da modulação
ç BFSK no
Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):
Modulação BFSK – gráficos e parâmetros da simulação
•O
O resultado da simulação corresponde à modulação real BFSK
BFSK. Os parâmetros
da simulação se equivalem ao BFSK. O tempo de simulação foi de 5 s.
Modulações M-Árias
•A vantagem da modulação de pulso M-ária é a
redução da largura de banda em relação à
sinalização binária
•Se
Se cada símbolo do alfabeto M
M-ário
ário corresponde a
k bits, a taxa de símbolos por segundo é reduzida
para R
R=k
k
•A desvantagem desse tipo de sinalização é que ela
requer mais energia por símbolo para que o
desempenho na detecção seja o mesmo
Modulação MPSK ( M-ary Phase Shift Keying)
•A modulação M-PSK é uma técnica amplamente usada para
obter redução na largura de banda necessária para transmitir
informação através do canal.
•A ideia subjacente é usar símbolos para representar o sinal
de informação,
informação ou seja
seja, o sinal , que não é mais do que uma
sequência de bits , tendo cada bit uma duração fixa no
tempo, é agora representada por uma sequência de
símbolos, que são apenas grupos de bits que serão
transmitidos dentro do período de símbolo correspondente.
•Quanto maior a sequência de bits, melhor fica o sinal
transmitido (modulado), porém, mais difícil é recuperar
(demodular) o sinal
sinal, gerando taxa de erro de bits maior
maior.
Modulação MPSK - Simulação
•O diagrama
g
de blocos q
que representa
p
a simulação
ç da modulação
ç MPSK no
Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):
Modulação MPSK – gráficos e parâmetros da simulação
•O
O resultado da simulação corresponde à modulação real MPSK para a
sequência de 2 bits/símbolo. Para modificar a sequência de bits, a mesma deve
ser feita chamando-se o arquivo do Matlab MPSK (run MPSK). Os valores
variam de 2,, 4,, 8,, 16 e 32 Bits. O tempo
p de simulação
ç foi de 1 s.
Modulação MFSK ( M-ary Frequency Shift Keying)
•A modulação M-FSK apresenta o inconveniente de
ocupar uma banda de freqüência bastante alta,
devido a estas variações bruscas de freqüência em
função da transição de bits.
•Entretanto, a utilização de múltiplas frequências
aumenta a taxa de transmissão do sistema em
comparação com a modulação BFSK.
Modulação MFSK - Simulação
•O diagrama
g
de blocos q
que representa
p
a simulação
ç da modulação
ç MFSK no
Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):
Modulação MFSK – gráficos e parâmetros da simulação
•O
O resultado da simulação corresponde à modulação real MFSK para a
sequência de 4 bits/símbolo. Para modificar a sequência de bits, a mesma deve
ser feita chamando-se o arquivo do Matlab MFSK (run MFSK). Os valores variam
de 2,, 4,, 8,, 16 e 32 Bits. O tempo
p de simulação
ç foi de 5 s.
Modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
•No
QAM a modulação é feita em fase e quadratura, sendo que
cada ponto apresenta uma distância específica da origem do
diagrama representando a sua amplitude.
•Isto significa
f
que as informações
f
são inseridas nos parâmetros
â
de amplitude e quadratura da onda portadora.
•No caso do 16 QAM,
QAM a constelação apresenta 16 símbolos,
símbolos
sendo 4 em cada quadrante do diagrama, o que significa que
cada ponto representa 4 bits.
•Podemos assim ter várias combinações diferentes de amplitude e
quadratura gerando constelações de diversos tamanhos.
•Logo quanto maior a constelação maior a taxa de transmissão e
menor a qualidade de serviço (QoS), pois a maior distância entre
os símbolos dificulta erros de interpretação no receptor quando
este detecta um símbolo.
Modulação QAM - Simulação
•O diagrama
g
de blocos q
que representa
p
a simulação
ç da modulação
ç QAM no
Simulink é vista abaixo. Note a presença do ruído branco (AWGN):
Modulação QAM – gráficos e parâmetros da simulação
•O
O resultado da simulação corresponde à modulação real QAM para a sequência
de 16 bits/símbolo. Para modificar a sequência de bits, a mesma deve ser feita
chamando-se o arquivo do Matlab QAM (run QAM). Os valores variam de 2, 4, 8,
16 e 32 Bits. O tempo
p de simulação
ç foi de 5 s.
Modulações Digitais: Modulação PSK – Trabalho 1 – Unidade 2 –
grupo 5:
1 Baseado na modulação BFSK (BFSK_novo_otimo.mdl),
1.
(BFSK novo otimo mdl) modifique o
parâmetro do ruído gaussiano branco (WGN) para uma relação
sinal/ruído (S/N) de 10, 20, 30, 40 e 50 dB negativos.
2 Gere a simulação (5s) para cada um dos valores de S/N e veja o
2.
comportamento da portadora e do sinal de saída, bem como a taxa de
erro de bits (BER%).
3 Pergunta-se:
3.
Perg nta se O comportamento da portadora modifico
modificou-se?
se? Se sim
sim,
como ela se apresentou em cada um dos valores de S/N? E em relação
ao BER%, ele permaneceu igual ou alterou-se para cada um dos valores
d S/N? C
de
Caso ttenha
h fificado
d iiguall em alguns
l
valores,
l
porque iisso
ocorreu? Baseado nos valores de BER% de cada um dos cinco
parâmetros S/N inseridos, faça a média aritmética do BER%.
4 Realize
4.
R li o mesmo estudo
t d para a modulação
d l ã MFSK
(MFSK_novo_otimo.mdl), para um valor de bits igual a 8 (M=8)
5. Faça uma comparação da média aritmética de erros (BER%) entre o
BFSK e o MFSK e conclua,
l
através
t é d
desta
t comparação,
ã quall d
das d
duas
modulações é mais eficiente em termos de BER%.
Modulações Digitais: Modulação PSK – Trabalho 1 – Unidade 2 –
grupo 6:
1 Baseado na modulação MFSK (MFSK
1.
(MFSK_novo_otimo.mdl),
novo otimo mdl) modifique o
parâmetro do ruído gaussiano branco (WGN) para uma relação
sinal/ruído (S/N) de 10, 20, 30, 40 e 50 dB negativos, para um valor de
bits igual a 4.
4 Faça a média aritmética do BER%
2. Repita o mesmo procedimento da questão 1, para um valor de bits igual
a 8. Continue, para os valores 16 e 32.
3 Pergunta-se:
3.
Perg nta se O comportamento da portadora modifico
modificou-se?
se? Se sim
sim,
como ela se apresentou em cada um dos valores de Bits? E em relação
à média do BER% para cada taxa de Bits, ela permaneceu igual ou
alterou-se?
lt
? S
Se sim,
i a ttaxa d
de erro d
de Bit
Bits cresceu ou di
diminuiu
i i a
proporção que aumentava a taxa M-ária de bits e porque?