Modulação DigitalProf. Rafael Guimarães Redes sem Fio Aula 5 Aula 5 Rafael Guimarães 1 / 45 Sumário Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 2 / 45 Motivação e Objetivos Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 3 / 45 Motivação e Objetivos Motivação e objetivos Motivação Os sistemas de comunicação móvel modernos utilizam técnicas de modulação digital. Os avanços na tecnologia VLSI e no Processamento Digital de Sinais tornaram a modulação digital mais econômica do que os sistemas de transmissão analógicos. Modulação digital é mais robusta a ruı́do e variações de canal, além de apresentar uma mair facilidade para multiplexação. Objetivos Caracterizar e apresentar as técnicas de modulação digital. Conceituar e caracterizar as técnicas de Espalhamento Espectral. Aula 5 Rafael Guimarães 4 / 45 Introdução Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 5 / 45 . sendo que cada tipo de modulação gera uma constelação de sı́mbolos diferentes. os bits do sinal de informação são codificados através de sı́mbolos. Os sı́mbolos nos quais as sequências de bits de um sinal de informação são transformadas é que serão transmitidos pela onda portadora. Aula 5 Rafael Guimarães 6 / 45 . O conjunto de sı́mbolos gerado por uma modulação é chamado de constelação. Introdução Visão Geral Nas modulações digitais. A modulação é responsável por mapear cada possı́vel sequência de bits de um comprimento preestabelecido em um sı́mbolo determinado. Aula 5 Rafael Guimarães 7 / 45 . O conjunto de sı́mbolos pode ser representado por um diagrama de constelação. é possı́vel transmitir um máximo de log2 M bits de informação por simbolo. Se houver um total de M sinais possı́veis. a partir de um conjunto de sı́mbolos. Introdução Representação geométrica dos sinais de modulação A modulação digital envolve a escolha de uma forma de onda de sinal particular.si (t). Introdução Representação geométrica dos sinais de modulação Aula 5 Rafael Guimarães 8 / 45 . Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 9 / 45 . Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) Chaveamento por Deslocamento de Fase O PSK é uma forma de modulação em que a informação do sinal digital é embutida nos parâmetros de fase da portadora. a portadora continua a ser transmitida com a mesma fase. Quando não há nenhuma destas transições. Aula 5 Rafael Guimarães 10 / 45 . a onda portadora sofre uma alteração de fase de 180 graus. ou seja. Neste sistema de modulação. Esta forma de particular do PSK é chamada de BPSK (Binary Phase Shift Keying). quando bits subsequentes são iguais. quando há uma transição de um bit 0 para um bit 1 ou de um bit 1 para um bit 0. Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) PSK Aula 5 Rafael Guimarães 11 / 45 . Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 12 / 45 . Aula 5 Rafael Guimarães 13 / 45 . Uso ineficiente da banda do canal. Fácil implementação. Extensivamente usada em comunicações via satélite. Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK Carcaterı́sticas Utiliza fases alternadas da forma de onda para codificar os bits. Muito robusta. Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK Sinal BSK Aula 5 Rafael Guimarães 14 / 45 . Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) QPSK Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 15 / 45 . ao invés de 1 bit por sı́mbolo como no caso BPSK. Neste caso podemos transmitir 2 bits por sı́mbolo. Aula 5 Rafael Guimarães 16 / 45 . Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) QPSK QPSK A modulação QPSK é uma técnica de modulação derivada do PSK. o que permite que sejam transmitidos mais bits por sı́mbolo. Como agora são utilizados dois parâmetros. são utilizados parâmetros de fase e quadratura da onda portadora para modular o sinal de informação. porém. cada um deles correspondendo a um dibit. A portadora pode assumir 4 valores de fase diferentes. neste caso. existem mais tipos possı́veis de sı́mbolos nesta constelação. através da sua Constelação. Aula 5 Rafael Guimarães 17 / 45 . A fase dos sinais QPSK são separadas de 90 graus (contra 180 graus do BPSK). Uma caracterı́stica importante é que a probabilidade de erro de bit do QPSK é a mesma do BPSK. Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) QPSK QPSK Como no QPSK transmitimos 2 bits/sı́mbolo. ela possui o dobro da eficiência de largura de banda do BPSK. Porém possui um receptor mais complexo. Os sı́mbolos de uma modulação ortogonal podem ser representados por sinais ortogonais (seno e cosseno). qualquer modulação que utilize variações de fase e de amplitude pode ser representada neste plano. Desta forma. Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) QPSK Constelação QPSK Aula 5 Rafael Guimarães 18 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 19 / 45 . Aula 5 Rafael Guimarães 20 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) QAM QAM é uma técnica atualmente utilizada tanto na modulação de sinais analógicos quanto de sinais digitais. apresenta grande semelhança com a modulação QPSK. É utilizada em rádios de alta velocidade e em modens analógicos. QAM quantizada é utilizada na transmissão de sinais digitais com alta taxa de transferência de informação. Aplicaões principais: rádio digital. WiMAX. utilizando técnicas de modulação e de demodulação semelhantes. televisão digital HD. modens ADSL. etc. WiFi. Isto significa que as informações são inseridas nos parâmetros de amplitude e quadratura da onda portadora. havendo alteração apenas na sua fase. na qual todos os sı́mbolos estão a igual distância da origem. diferentemente da modulação PSK. sendo que cada sı́mbolo apresenta uma distância especı́fica da origem do diagrama que representa a sua amplitude. A cada instante de tempo o módulo e a fase do sinal representam um único sı́mbolo contido no alfabeto. A modulação digital PSK é um caso particular da QAM onde o módulo do sinal modulado é constante. Aula 5 Rafael Guimarães 21 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) QAM Nesta forma de modulação. os sı́mbolos são mapeados em um diagrama de fase e quadratura. Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Constelação QAM Aula 5 Rafael Guimarães 22 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Constelação QAM Aula 5 Rafael Guimarães 23 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Tabela QAM Aula 5 Rafael Guimarães 24 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Constelação QAM Aula 5 Rafael Guimarães 25 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Caracterı́sticas e desempenho Quanto maior o alfabeto (número de sı́mbolos M ) da constelação: Maior a eficiência de transmissão. QAM Circular (PSK): elementos da constelação formada por valores de I e Q que formam cı́rculos equidistantes. Maior a probabilidade de erros. Maior proximidade entre os sı́mbolos distintos (amplitude e fase). QAM retangular: elementos da constelação formada por valores de I e Q que formam retângulos (ou quadrados) equidistantes. Aula 5 Rafael Guimarães 26 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 27 / 45 . a BER representa o número de bits recebidos de um fluxo de dados ao longo de um canal de comunicação que foram alteradas devido a erros de sincronização de bit. BER é uma medida do desempenho adimensional. Está diretamente relacionada à relação sinal-ruı́do do canal de comunicação. muitas vezes expressa como uma percentagem. Aula 5 Rafael Guimarães 28 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM Taxa de Erro de Bit (BER) Na comunicação digital. interferência ou distorção. ruı́do. A BER é calculada pelo número de bits errôneos dividido pelo número total de bits transferidos durante um intervalo de tempo estudado. Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM Análise de desempenho: Diagrama de constelação Aula 5 Rafael Guimarães 29 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM BER PSK Aula 5 Rafael Guimarães 30 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM SER PSK SER PSK 0 10 −1 10 SER −2 10 BPSK −3 10 QPSK 8PSK 16PSK 32PSK −4 simulation 10 0 5 10 15 20 Eb/N0 Aula 5 Rafael Guimarães 31 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM BER QAM Aula 5 Rafael Guimarães 32 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM SER QAM SER QAM 0 10 2QAM 4QAM 8QAM 16QAM −1 10 32QAM simulation SER −2 10 −3 10 −4 10 0 5 10 15 20 Eb/N0 Aula 5 Rafael Guimarães 33 / 45 . Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM Comparação PSK e QAM Aula 5 Rafael Guimarães 34 / 45 . Outros Tipos de Modulação Digital Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 35 / 45 . Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 36 / 45 . Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) ASK As principais caracterı́sticas da modulação pôr chaveamento de amplitude são Facilidade de modular e demodular. residências ou abrir portões. Controle remoto por meio de raios infravermelhos. Pequena largura de faixa. como os usados em algumas calculadoras. Baixa imunidade a ruı́dos. como os usados em aparelhos de tv. onde não existe ruı́do para interferir na recepção do sinal. Aula 5 Rafael Guimarães 37 / 45 . Indicada nas situações em que exista pouco ruı́do para interferir na recepção do sinal ou quando o baixo custo é essencial Transmissão via fibra ópticas. como os usados para ligar e desligar alarmes de carros. Transmissão de dados por infravermelho. Controle remoto por meio de radiofrequência. Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) ASK Aula 5 Rafael Guimarães 38 / 45 . Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 39 / 45 . É um MSK com ı́ndice de modulação igual a 0. Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) MSK A modulação MSK surgiu como uma evolução do sistema O-QAM com o objetivo de tornar mı́nima a variação da amplitude do sinal modulado a fim de evitar ao máximo os problemas causados pela distorção não-linear. É uma modulação FSK com a separação mı́nima entre as portadoras utilizadas de modo a garantir a ortogonalidade entre elas.5. Aula 5 Rafael Guimarães 40 / 45 . Essa ortogonalidade é imprescindı́vel a uma detecção confiável do sinal recebido. pois sinais ortogonais são independentes. ou seja. facilmente diferenciáveis. o que viabiliza a utilização de amplificadores de potência não lineares nos transceptores. A robustez contra os efeitos do canal de comunicação é também uma caracterı́stica da modulação MSK. a técnica MSK apresenta envoltória filtrada constante. Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) MSK Por se tratar de uma modulação em frequência. Aula 5 Rafael Guimarães 41 / 45 . Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 42 / 45 . O efeito do filtro é o de conformar os pulsos de entrada do modulador MSK tornando as transições de frequência mais suaves e. com isso. A saı́da desse filtro é então responsável por modular em MSK as portadoras utilizadas. reduzindo a largura de faixa do lóbulo principal do sinal modulado. Aula 5 Rafael Guimarães 43 / 45 . Modulação do sistema GSM. Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano GMSK A modulação GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) é uma modificação da técnica MSK. na qual a sequência de bits de entrada do modulador é filtrada por um filtro passa-baixas com resposta a um pulso retangular gaussiana. Referências Sumário 1 Motivação e Objetivos 2 Introdução 3 Modulação por Chaveamento de Fase (PSK) BPSK QPSK 4 Modulação de Amplitude em Quadratura (QAM) Desempenho QAM 5 Outros Tipos de Modulação Digital Chaveamento por Deslocamento de Amplitude (ASK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo (MSK) Chaveamento por Deslocamento Mı́nimo Gaussiano 6 Referências Aula 5 Rafael Guimarães 44 / 45 . notas de aula.edu. PMM.br/alessandro Márlio José do Couto Bonfim.PWN.eletr. Referências Referências Alessandro de Paula Oliveira.ufpr.pdf Aula 5 Rafael Guimarães 45 / 45 . ”Técnicas de Modulação”.utfpr. ”Modulação PAM. disponı́vel em: http://www. diponı́vel em: http://paginapessoal. notas de aula.br/marlio/te241/aula3.