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Universita’ di TorVergata-Facolta’ di Ingegneria Trasmissioni Radiomobili ( II parte)

Universita’ di TorVergata-Facolta’ di Ingegneria Trasmissioni Radiomobili ( II parte). Anno Accademico 2007-2008 Antonio Saitto Romeo Giuliano. Modem per sistemi di comunicazione numerica via radio. Canale piatto nel tempo. Canale NON piatto.

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Universita’ di TorVergata-Facolta’ di Ingegneria Trasmissioni Radiomobili ( II parte)

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Presentation Transcript

  1. Universita’ di TorVergata-Facolta’ di IngegneriaTrasmissioni Radiomobili (II parte) Anno Accademico 2007-2008 Antonio Saitto Romeo Giuliano Trasmissioni radiomobili

  2. Modem per sistemi di comunicazione numericavia radio Trasmissioni radiomobili

  3. Canale piatto nel tempo Canale NON piatto Un segnale e’ caratterizzato dalla banda B e dal periodo di simbolo T SeB <BCilcanale appare piatto in frequenza al segnale SeT<t0il canale appare piatto nel tempo al segnale SeT<t0 e B <BCil canale appare piatto nel tempo ed in frequenza al segnale BC Canale piatto-piatto Canale piatto in frequenza t0 Classificazione dei canali di trasmissione Trasmissioni radiomobili

  4. Tx Antenna Decodif. di canale Codifica di canale Ricevitore DEMOD Destinatario Sorgente MOD Emettitore Rx Antenna Canale di propagazione Canale radio/tratta radio Canaledella modulazione Canale numerico Sistemi di modulazione per trasmissioni radiomobili L’amplificatore e’ usato vicino alla saturazione Necessita’ di usare modulazioni ad inviluppo costante Contenimento dei lobi secondari per massimizzare l’efficienza spettrale Trasmissioni radiomobili

  5. Modulazione Digitale 1 • Per modulazione si intende la tecnica di trasmissione di un segnale elettromagnetico (eventualmente rappresentante un'informazione) per mezzo di un altro segnale elettromagnetico detto portante. • Gli elementi fondamentali della modulazione sono: • La portante, rappresentabile come un insieme di toni del tipo: Ancos(2f0t+n) • Il segnale sorgente rappresentabile nel caso di segnale numerico o digitale come una successione di simboli appartenenti ad un alfabeto {bk}= sequenza dei simboli trasmessa Trasmissioni radiomobili

  6. Modulazione Digitale 2 • In generale alla sequenza di simboli viene associata una rappresentazione numerica (successione di numeri in corrispondenza dei simboli). • La sequenza dei simboli numerici viene manipolata creando delle forme d’onda che possono essere associate al singolo simbolo (senza memoria) o a sequenze di simboli (con memoria). • Le forme d’onda associate ai simboli possono operare sulle ampiezze, sulle frequenze o sulle fasi della portante • In generale le modulazioni usate per canali fortemente variabili sono Modulazioni di Fase, nelle quali il segnali tende a portare tutta l’informazione nelle variazioni di fase (stati) della portante. Trasmissioni radiomobili

  7. Modulazione Digitale 3 • La quantità di informazione trasmessa dalla sorgente è misurata in Simboli al secondo (baud) • I simboli vengono in genera rappresentati da sequenze di bit. Tra simbolo e bit esiste una relazione semplice: • Se un simbolo appartiene ad un alfabeto pari a 2Nelementi per rappresentare un simbolo occorrono ln2N=N bit • Il segnale modulato deve trasmettere la stessa quantità di informazione attraverso sequenze di forme d’onda opportune • Se la modulazione è senza memoria il numero di stati del segnale modulato è pari alla lunghezza dell’alfabeto prescelto Trasmissioni radiomobili

  8. Segnale M-PSK (senza memoria) (1) s(t)=(2 /Ts)cos(2f0t+k)rect(t/Ts) Trasmissioni radiomobili

  9. 2-PSK 4-PSK 8-PSK Segnale M-PSK (senza memoria) (2) Trasmissioni radiomobili

  10. 2-PSK 4-PSK Bassa efficienza spettrale= alti lobi laterali 8-PSK Segnale M-PSK (senza memoria) (3) Trasmissioni radiomobili

  11. B dipende dalla sequenza dei simboli trasmessi (t,B)=2 bkhkq(t-Ts), nTst (n+1)Ts n k=-  t q(t)=∫g()d 0 Modulazione a fase continua (1) (CPM) s(t)=(2 /Ts)cos(2f0t+(t,B)+0) Dove(t,B) risulta: {bk}= sequenza dei simboli trasmessa Alfabeto di{bk} =1,  3,  5,….. (M-1) dove: M=2q cardinalita’ ; q bit per simbolo hk=indici di modulazione, se fisso=h q(t)=forma d’onda continua rappresentabile come: Trasmissioni radiomobili

  12. 1/2LTs ,per 0t  LTs 0 altrimenti g(t)= 1/2LTs(1-cos(2t/LTs),per 0t  LTs 0 altrimenti g(t)=  2 Q(t)=1/(2) ∫2 e-x/2 dx t Modulazione a fase continua(2) (CPM) se g(t)=0, per t>Ts il segnale CPM e’ a risposta piena se g(t)0, per t>Ts il segnale CPM e’ a risposta parziale I segnali piu’ usati per g(t) sono: Impulso LRECT Impulso LRC Impulso Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) g(t)={Q[2B(t-Ts/2)/log2]-Q[2B(t+Ts/2)/log2]} Trasmissioni radiomobili

  13. Modulazione a fase continua (3) (CPM) g(t)=LT e q(t) a risposta piena g(t)=coseno rialzato e q(t) a risposta piena Trasmissioni radiomobili

  14. Modulazione a fase continua (4) (CPM) g(t)=2LT e q(t) a risposta parziale g(t)= gaussian minimum shift key e q(t) a risposta parziale, per vari valori di BT Trasmissioni radiomobili

  15. Modulazione a fase continua (5) (CPM) Esempio di spettro di CPM perh=1/3 e M=4 e g(t)= LT Esempio di spettro di CPM perh=0.5 e M=4 e g(t)= LT Trasmissioni radiomobili

  16. Modulazione a fase continua (6) (CPM) Esempi di spettro di CPM per vari valori dih e M=2 eg(t)= LT. In particolare per h=0.5 CPM=MSK per h=0 CPM=2-PSK per M=4 e h=0 CPM=4-PSK Trasmissioni radiomobili

  17. Modulazione a fase continua (7) (CPM)Stati terminali delle fasi caso per g(t) =rect, risposta piena e bk=±1 Valori terminali delle fasi perh=m/p,mepprimi tra loro con mpari: s={0,m/p,2m/p,3m/p,….,(p-1)m/p} numero di stati =p con mdispari: s={0,m/p,2m/p,3m/p,….,(2p-1)m/p} numero di stati=2p Trasmissioni radiomobili

  18. 4h 3h 2h h 0 -h -2h -3h -4h 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T Modulazione a fase continua (8) (CPM)diagrammadelle fasi caso per g(t) =rect, risposta piena e bk=±1 Trasmissioni radiomobili

  19. h=1/2 h=1/4 h=3/4 h=1/3 h=2/3 h=3/5 Modulazione a fase continua (9) (CPM)Traiettoriedelle fasi caso risposta completa al variare di h Trasmissioni radiomobili

  20. pML-1 m pari 2pML-1 m dispari Sf  Modulazione a fase continua (10) (CPM)diagrammadelle fasi caso per g(t) =LT e coseno rialzato, risposta parziale bk=±1,…, ±(M-1) Trasmissioni radiomobili

  21. Modulazione a fase continua (11) (CPM)diagrammadelle fasi caso per g(t) =LT e coseno rialzato, risposta completabk=±1 al variare di h Trasmissioni radiomobili

  22. Modulazione a fase continua (12) (CPM)diagrammadelle fasi caso per g(t) =LT e coseno rialzato, risposta completabk=±1, ±3 al variare di h Trasmissioni radiomobili

  23. (t,B)=2 bkhkq(t-Ts), nTst (n+1)Ts n n (t,B)=½ bk+bnq(t-Ts), nTs t (n+1)Ts k=-  k=-  s(t)=Acos(2(f0+ bn /(4T))t- ½ nbn+ n) nTs  t (n+1)Ts Modulazione a fase continua (13) (CPM)Modulazione MSK CPM=MSK (Minimum Shift Keying) se h=1/2 e g(t)= rect (t,B)=n+½bn(t-nTs)/(Ts), nTs t (n+1)Ts Trasmissioni radiomobili

  24. f1=f0+1/(4T) f2=f0-1/(4T) T 1/T ∫cos(2(f0+f)t) cos(2(f0-f)t)dt=sin(2(2 f)T)/2(2f))T=0 se: 0 Modulazione a fase continua (14) (CPM)Modulazione MSK Il segnaleMSKpuo’essere visto come un segnalecaratterizzato da una portante che puo’ assumereduevalori 2(2f)T =k f=1/4T minimo shift Trasmissioni radiomobili

  25. si(t)=Acos(2(fi+ n+ ½ n(-1)i-1) i=1,2 3/2  /2 0 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T Modulazione a fase continua (15) (CPM)Modulazione MSK Il segnaleMSKpuo’ essere espresso come: 1 0 1 -1 3 2 Trasmissioni radiomobili

  26. Modulazione a fase continua (16) (CPM)Modulazione MSK Esempio di risposta impulsiva del filtro dell’impulso rettangolare Esempi di attenuazione dei lobi per effetto del filtro dell’impulso rettangolare Trasmissioni radiomobili

  27. Sagomatura di fase sI(t) (t,B) X cos cos(2flot) (k+1)T ∫ 0 + h*g(t) cos(2flot+(t,B)) cos(2flot) dt 90 kT {B} -sin(2flot) X sin sQ(t) Sagomatura di frequenza t (k+1)T kT t Modulazione a fase continua (17) (CPM)Trasmettitore Trasmissioni radiomobili

  28. (t,B)=hbk+2h  bkq(t-kTs), nTst (n+1)Ts n-L n n-1 k=-  k=n-(L+1) k=n-(L+1) (t,B)=2hbkq(t-kTs)+2hbnq(t-nTs), nTs  t (n+1)Ts Correlative state Modulazione a fase continua (18) (CPM)Fase del segnale in ricezione (t,B)=n+(t,B) Se L=1 la modulazione e’ a risposta piena, se L>1, a risposta parziale. In questo caso genarale si puo’ scrivere: Trasmissioni radiomobili

  29. Modulazione a fase continua (19) (CPM)Fase del segnale in ricezione (2) Sn=(n,bn-1,bn-2,…,bn-L+1) Sn+1=(n+1,bn,bn-1,…,bn-L+2) n+1= n+hbn-L+1 pML-1m pari 2pML-1 m dispari Massimo numero di stati= Trasmissioni radiomobili

  30. Modulazione a fase continua (20) (CPM)Fase del segnale in ricezione (3) Sn=(n,bn-1,bn-2,…,bn-L+1) Sn+1=(n+1,bn,bn-1,…,bn-L+2) n+1= n+hbn-L+1 Trasmissioni radiomobili

  31. Modulazione a fase continua (20) (CPM)Fase del segnale in ricezione (4) Sn=(n,bn-1,bn-2,…,bn-L+1) Sn+1=(n+1,bn,bn-1,…,bn-L+2) n+1= n+hbn-L+1 Trasmissioni radiomobili

  32. Modulazione a fase continua (20) (CPM)Fase del segnale in ricezione (5) Sn=(n,bn-1,bn-2,…,bn-L+1) Sn+1=(n+1,bn,bn-1,…,bn-L+2) n+1= n+hbn-L+1 Trasmissioni radiomobili

  33. LPF LPF Decodifica di sequenza Algoritmo di Viterbi X cos(2flot) {C} y(t) cos(2flot) -sin(2flot) X 0 90 Campionamento 1/T t (k+1)T kT t Modulazione a fase continua (20) (CPM)Ricevitore Trasmissioni radiomobili

  34. NT NT 2ij=(log2M)/T {1-cos((t,Bi))-cos((t,Bj))}dt ∫ 0 0 2min=lim mini,j{(log2M)/T [1-cos((t,Bi-Bj)]dt} Numero di percorsi a distanza minima N Prestazioni dei sistemi CPMsu canale Gaussiano(1) Sequenza Bie sequenzaBj Distanza Euclideatra Bie Bj=d2ij d2ij=2Eb2ij Tasso d’errore=PM=KminQ((Eb/N0 2min)) Trasmissioni radiomobili

  35. 2(1-sin(2h)/(2h)), M=2 d2B(h)= min {(2log2M)(1-sin(2kh)/(2kh))}, M>2 1 kM-1 Prestazioni dei sistemi CPMsu canale Gaussiano(2) Nel caso QPSK 2min= 212=2 Nel caso CPM si dimostra che2min d2B(h) Trasmissioni radiomobili

  36. Prestazioni dei sistemi CPMsu canale Gaussiano(3) Trasmissioni radiomobili

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