1 / 18

Tehotiheysspektri & kaistanleveys

KANTOAALTOMODULOIDUN KAISTANPÄÄSTÖSIGNAALIN ( BANDPASS ) JA KANTATAAJUISEN ( BASEBAND ) SIGNAALIN AMPLITUDISPEKTRIT. Tehotiheysspektri & kaistanleveys.

duyen
Download Presentation

Tehotiheysspektri & kaistanleveys

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. KANTOAALTOMODULOIDUN KAISTANPÄÄSTÖSIGNAALIN (BANDPASS) JA KANTATAAJUISEN (BASEBAND) SIGNAALIN AMPLITUDISPEKTRIT

  2. Tehotiheysspektri & kaistanleveys • Edellä tarkastellut modulaatiot omaavat teoriassa äärettömän kaistanleveyden, vaikka suurin osa lähetystehosta onkin keskittynyt pääkeilaan (karkea mitta modulaation tarvitsemasta kaistasta). Sen ulkopuolella oleva osa haittaa muita järjestelmiä. • Peruspulssin muodolla voidaan vaikuttaa modulaation kaistanleveyteen (vrt. QPSK vs. MSK).

  3. Tehotiheysspektri & kaistanleveys • Kantoaaltomoduloidun signaalin kaistanleveyteen vaikuttaa sekä kantataajuinen pulssimuoto että käytetty modulaatiomenetelmä. • Kohototetun kosinin äärettömän kestoisilla sinc-tyyppisillä aaltomuodoilla voitiin saavuttaa äärellinen kaista. Se on siis vaihtoehtoinen strategia suunnitella lähetysaaltomuoto, pääasiallisena tavoitteena tietenkin ISI-sieto. • 2-puoleisen spektrin S(f) kaistalla B oleva teho PIB(fractional power) ja kaistan ulkopuolinen teho POB: • Jos POB on 1% (0.01), sitä vastaava B on hyvä mitta (vrt. tehosuhde Pr FM-modulaatiolla). • (POB,B)-käyrä desibeleissä on havainnollinen, sillä POB = 1% vastaa arvoa –20 dB.

  4. Kaistan ulkopuolisen tehon vaimentuminen POB

  5. Kaistan ulkopuolisen tehon vaimentuminen POB (S) • Laskemalla POB-arvot olettaen, että 90% (0.1) kokonaistehosta sijaitsee halutulla kaistalla, saadaan approksimaatiot (arvot luettu siis POB = –10 dB:n kohdalta ja kerrottu kahdella): • Koska MSK:n spektri vaimenee nopeammin kuin BPSK, QPSK ja OQPSK -modulaatioilla, 99%:n (0.01) raja-arvo (POB = –20 dB) antaa BPSK:lle ja QPSK:lle suhteellisesti suuremman kaistanleveysarvion: Näitä kaavoja ei tarvitse muistaa

  6. Modulaatioiden amplituditehospektrien lausekkeet (S) • BPSK:n spektri saadaan helposti siirtämällä esim. Kalvon 16 NRZ-spektri keskitaajuuksien ±fc ympärille. Tässä yhteydessä spektrejä ei johdeta, vaan ne annetaan valmiina. ak ja bk ovat I- ja Q-haarojen bittejä (BPSK:lla d2(t)=q(t)= 0), sekä p(t) ja q(t) ovat I- ja Q-haarojen peruspulssimuotoja, jotka ovat eri modulaatioilla erilaisia.

  7. Modulaatioiden amplituditehospektrien lausekkeet (S) • Binäärisen FSK-kaistanpäästösignaalin tehotiheysspektri G(f) kun vaihe on jatkuva: • Seuraavassa kuvassa on piirretty yksipuoleinen tehotiheysspektri normalisoidulle kantotaajuudelle fTb = 5 ja normalisoidulle kantoaaltojen taajuuserolle (f2–f1)Tb = 1...6. Huomataan, että spektri muuttuu unipodaalisesta bipodaaliseksi. • Tapaus (f2 – f1)Tb = 6 näyttää kahden BPSK-spektrin superpositiolta. • Spektrin pääkeilan ulkopuoliset sivukeilat vaikuttavat naapurikanavan häiriön (adjacent channel interference) määrään.

  8. BFSK-signaalin tehotiheysspektri (S)

  9. DIGITAALISTEN KANTOAALTOMODULAATIOIDEN TEHOTIHEYSSPEKTRIT BPSK, QPSK, OQPSK JA MSK -MODULAATIOILLA

  10. MSK:n tehotiheysspektri • MSK-modulaation QPSK & OQPSK-modulaatioita suurempi amplitudispektrin pääkeilan leveys johtuu siitä, että lähetystaajuus vaihtelee taajuuksien fc ± 1/4Tbvälillä. • MSK:n spektrin pääkeila on siten 1/(2Tb) -verran leveämpi kuin QPSK & OQPSK:lla (ääritaajuuksien välinen ero). • Varsinaista kantoaaltotaajuutta fc ei esiinny, vaan se on eräänlainen MSK-spektrin näennäinen keskitaajuus (apparent carrier frequency), jonka ympärillä taajuuden vaihtelu tapahtuu. • MSK:n sivukeilat vaimenevat paljon nopeammin kuin QPSK & OQPSK-modulaatioilla, mikä pienentää naapurikanavien häiriötä. • Gaussian MSK:ssa sivukeilojen vaimeneminen on vieläkin voimakkaampaa. • Huomaa, että samalla kokonaislähetysteholla amplitudispektrien alle jäävät pinta-alat ovat samoja eri modulaatioilla, koska kokonaislähetysteho on tehospektrin integraali.

  11. Spektrit: QPSK, OQPSK ja MSK

  12. Spektrit: BPSK, QPSK, OQPSK ja MSK Tämä kalvo kanattaa muistaa spektreistä

  13. KANTATAAJUISTEN (BASEBAND) AALTOMUOTOJEN SPEKTRIT (S)

  14. Kantataajuiset pulssimuodot NRZ, RZ ja split-phase (S) • Kaistanleveys on tärkeä myös kantataajuisen siirron kannalta. • Käytettyjä baseband -pulssimuotoja ovat mm. • Non-return-to-zero (NRZ) • return-to-zero (RZ) • split-phase(Manchester-pulssit). • NRZ- ja RZ-pulsseista useita erilaisia variaatioita. • Manchester-pulssi saadaan kertomalla NRZ-bittipulssi tuplataajuisella sakara-aallolla (”vaiheen halkaisu”). • Unipolaarinen return-to-zero (RZ) -pulssi ei ole hyvä, jos tulee pitkiä nollien jonoja. • Aaltomuotoken idea selviää seuraavalta kalvolta.

  15. Kantataajuiset pulssimuodot NRZ, RZ ja split-phase (S)

  16. Kantataajuinen spektri: NRZ, RZ ja split-phase (S) Ei taajuussisältöä bittitaajuudella 1/Tb. Split-phase sopii kantataajuiseen kanavaan, joka siirtää huonosti matalia taajuuksia. Kaistanleveys suurempi kuin NRZ-pulssimuodolla.

  17. Kantataajuinen spektri: NRZ, RZ ja split-phase (S) • Split-phase sopii hyvin kantataajuiseen kanavaan, joka siirtää huonosti matalia, lähellä taajuusorigoa olevia taajuuksia. • NRZ omaa merkittävän tehosisällön taajuusorigon ympäristössä, mikä siirtyy modulaatiossa kantoaaltotaajuudelle, millä on kantoaaltosynkronointia heikentävä vaikutus. • Diskreetti taajuuskomponentti (pilottisignaali) fC:llä helpottaa kantoaaltosynkronointia. • Jos spektrissä ei esiinny tehoa bittinopeudella tai sen monikerroilla, kuten NRZ-aaltomuodolla, tarvitaan symbolikellon generoimiseksi epälineaarisia operaatioita tehon siirtämiseksi ko. taajuuksille (vrt. ilmaisukantoaallon generoiminen vastaanotettua signaalia neliöimällä DSB -demodulaattorissa). • Split-phase -signaali takaa ainakin yhden nollaylityksen bittiaikavälillä Tb (vaikka informaationa tulisi pelkkää ykkös- tai nollajonoa), mutta vaatii siksi kaksinkertaisen kaistan NRZ-pulsseihin verrattuna.

  18. Kantataajuiselle pulssimuodolle asetettuja vaatimuksia (S) • Pulssimuodon valintaan vaikuttavat asiat: • Itsesynkronointi (self-synchronization): Tarvitaan vastaanotossa koherentin symbolikellon generoimiseksi päätöksentekopiiriin. • Tehospektri: Jos kanava ei kykene siirtämään kaistalla matalia taajuuksia lähellä 0 Hz (DC), ei kannata valita kantataajuista pulssimuotoa, jolla on spektrikeskittymä taajuusorigon lähistöllä. • Kaistanleveys: Spektrin tulisi olla mahdollisimman kapea, jos käytettävissä oleva kaista rajallinen (sekä moduloitu kaistanpäästösignaali että kantataajuinen siirto). • Läpikuultavuus (transparency): Tilastolliset ominaisuudet eivät saisi erottua liiaksi (esim. vaikka esiintyisi pitkä samojen loogisten bittien jono, sen koodatussa pulssimuodossa tulisi kuitenkin olla vaihtelua). • Virheen havaitseminen: Aaltomuodon valinnan tulisi ”sisäisesti” tukea virheenilmaisua. Esimerkiksi ns. duobinäärinen signalointi. • Hyvä PE-suorituskyky: Aaltomuodon mikään ominaisuus ei saisi vaikeuttaa minimivirheeseen pyrkivän vastaanottimen suunnittelua. • Yleensä mikään pulssimuoto ei omaa kaikkia em. ominaisuuksia.

More Related