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