Aula03

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Técnicas de Modulação Digital
Mateus A. F. C. Junqueira
1
Técnicas de Modulação Digital
Na transmissão digital banda base, a seqüência de símbolos é transmitida através de pulsos ponderados com amplitudes que representam os símbolos;
A transmissão banda base é inadequada quando o canal apresenta elevada atenuação em baixas freqüências como é o caso da transmissão sem fio; 
Nesse tipo de situação é necessário o uso de modulação em amplitude, fase ou freqüência de uma portadora senoidal para adequar a freqüência do sinal transmitido.
2
Técnicas de Modulação Digital
O uso do código de linha NRZ como sinal modulante na AM, PM ou FM leva à em três formas de modulação binária:
Chaveamento binário de amplitude (BASK);
Chaveamento binário de fase (BPSK); 
Chaveamento binário de freqüência (BFSK);
O efeito no espectro com a modulação digital são semelhantes à modulação analógica.
3
Técnicas de Modulação Digital
Diagrama de blocos:
4
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Amplitude:
Obtida usando o código NRZ unipolar como sinal modulante: 
Sinal BASK resultante:
Energia média e potência: e , Tb é o período do bit. 
5
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Amplitude:
Exemplo:
O BASK também é conhecido como OOK (on-off keying).
6
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Amplitude:
Pode ser gerado com um modulador de produto;
A forma de onda indica os bits transmitidos;
O modulador de produto seguido por um filtro passa-baixa pode ser empregado para a demodulação (detecção coerente);
O detector de envelope também permite a demodulação de sinais BASK (detecção não coerente).
7
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Fase (BPSK):
A aplicação da PM no código NRZ unipolar resulta na definição do BPSK:
O sinal BPSK pode ser obtido da modulação AM utilizando o código de linha NRZ bipolar o que indica uma forma para sua implementação.
8
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Fase:
Exemplo:
9
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Fase:
O BPSK possui envelope constante inviabilizando o uso do detector de envelope para determinação dos bits recebidos;
A demodulação pode ser realizada com um modulador de produto seguido por um filtro passa-baixa (detecção coerente);
A energia média é igual a do bit Eb e a potência é Eb/Tb.
10
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Freqüência:
Considerando a aplicação da FM no sinal NRZ, define-se o BFSK como:
A escolha de f1 e f2 afeta o espectro do sinal modulado;
 
Possui mesmo desempenho energético que BPSK.
11
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Freqüência:
Exemplo:
12
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Freqüência:
Quando f1 – f2 = 1/Tb tem-se o BFSK de Sunde o qual permite a extração do clock a partir da forma de onda e os cossenos que representam cada bit são ortogonais entre si.
Quando f1 – f2 = 1/2Tb tem-se o MFSK, Minimal Frequency Shift Keying, o qual ocupa a menor banda possível sem perder a propriedade de ortogonalidade entre os cossenos de cada bit. Não é possível extrair o clock do MFSK.
A ortogonalidade tem utilidade na redução do efeito do ruído.
13
Técnicas de Modulação Digital
Chaveamento Binário de Freqüência:
A modulação pode ser realizado com um oscilador controlado por tensão (VCO);
A demodulação pode ser feita ao multiplicar o sinal BFSK por uma portadora com freqüência do bit 1 e realizar filtragem passa-baixa (coerente);
O uso de filtro passa-faixa sintonizado na freqüência do bit 1 seguido por detector de envelope também demodula o sinal BFSK (não coerente). 
14
Técnicas de Modulação Digital
Exercício: Sabendo que a relação sinal ruído na recepção deve ser maior que 20 dB, que a atenuação do canal é 50 dB e que a taxa de bits é 2Mbits/s, calcule a potência de transmissão, a energia do bit e a amplitude dos sinais BASK, BPSK, e BFSK que ocupam 50 kHz, 100 kHz e 200 kHz respectivamente. Considere um ruído branco com η/2 = 10-7 [W/Hz] e que a potência do ruído é limitada com um filtro passa-baixa.
15
Técnicas de Modulação Digital
Os chaveamentos binários BASK, BFSK e BPSK são obtidos da aplicação de ondas quadradas como sinais modulantes na AM, PM e FM;
Como ondas quadradas ocupam todo o espectro de freqüência, existe o problema da interferência intersimbólica na BASK, BFSK e BPSK;
Para evitar o problema da interferência intersimbólica pode-se usar formatação do pulso antes da modulação.
16
Técnicas de Modulação Digital
É possível considerar o envio de um número maior de símbolos em cada período de bit na modulação digital;
Normalmente o número de símbolos M é uma potência de 2, M = 2n;
Isso permite uma multiplicação na taxa de bits por log2M onde M é o número de símbolos;
A modulação digital M-Área necessita maior potência, na presença de ruído, e possui implementação mais complexa.
17
Técnicas de Modulação Digital
Modulação de fase M-Ário:
No PSK M-Ário, os 2π radianos disponíveis são divididos para a representação dos símbolos:
O tratamento trigonométrico da expressão acima demonstra como gerar o sinal PSK M-Ário:
18
Técnicas de Modulação Digital
Modulação em amplitude em quadratura M-Ário (QAM):
Analisando a expressão do PSK M-Ário, este pode ser generalizado para obter a definição de QAM: 
Os parâmetros ai e bi são independentes um do outro e determinam o símbolo transmitido;
A modulação QAM é um caso mais geral do PSK M-Ário.
19
Técnicas de Modulação Digital
Diagrama de Constelação:
É uma representação dos símbolos utilizados na modulação (alfabeto) em um plano;
Os pontos no diagrama são chamados pontos de constelação que compreendem o alfabeto da modulação;
É útil para especificar a modulação na transmissão;
Permite avaliar o desempenho do sistema quanto a presença de ruído e interferência intersimbólica na recepção.
20
20
Técnicas de Modulação Digital
Diagrama de constelação para modulação de fase M-Ário:
Corresponde à um circulo com distância constante de entre os pontos e o centro:
Os símbolos são geralmente representados com o código Gray.
21
Técnicas de Modulação Digital
Diagrama de constelação para modulação em amplitude em quadratura M-Ário (QAM):
Exemplo de diagrama de constelação 16-QAM:
22
Para um número arbitrário de símbolos, procura-se espalhá-los 
no plano de forma eqüidistante.
Técnicas de Modulação Digital
Na presença de ruído e interferência intersimbólica o diagrama de constelação na recepção se assemelha ao abaixo:
Na presença de atenuação, ocorre a aproximação dos pontos que representam os símbolos.
23
Técnicas de Modulação Digital
Exercício: Para o diagrama de constelação abaixo determine a expressão da modulação QAM considerando a frequencia da portadora de 1MHz. Determine a forma analítica do sinal QAM resultante para o símbolo 001. 
24
Técnicas de Modulação Digital
Modulação de freqüência M-Ário:
O sinal FSK M-Ário é definido como:
As freqüências de cada símbolo são separadas por 1/T (Sunde) ou 1/2T (MSK).
O diagrama de constelação é M-Dimensional;
25
Técnicas de Modulação Digital
Modulação de freqüência M-Ário:
Visualização geométrica apenas para M = 2 ou 3 símbolos:
A distância é sempre da origem e entre os pontos.
A modulação de pulsos sinc ou cosseno levantado também pode ser M-Áreo.
26