Документ обсуждает аналоговую и цифровую модуляцию в телекоммуникационных технологиях, включая цели и методы передачи сигналов. Приведены различные виды модуляции, такие как амплитудная, частотная, фазовая и их цифровые эквиваленты. Также рассматриваются методы, такие как OFDM, которые используются для повышения эффективности и помехозащищенности передачи данных.

1. Телекоммуникационные
технологии
Тема 8. Аналоговая и цифровая
модуляция

2. Модуляция
Модификация служебного аналогового
сигнала (несущей - carrier) для передачи с
его помощью исходных аналоговых сигналов
или цифровых данных
Аналоговая модуляция (Analog Modulation)
Цифровая модуляция (Digital Modulation)
Модифицируемые характеристики
Амплитуда
Фаза
Частота
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 2

3. Цели модуляции
Обеспечение эффективной передачи
сигнала через среду
Собственно возможность передачи
Эффективность
Достижение лучших параметров
помехозащищенности/секретности
передачи
Организация схем мультиплексирования
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 3

4. Виды модуляции
Аналоговая модуляция
AM
FM
PM
QAM
Цифровая модуляция
ASK
PSK
FSK
MSK, GMSK
QAM
OFDM
Trellis
Wavelet
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 4

5. Amplitude Modulation (AM)
Изменяемая характеристика
несущей – амплитуда
Простота реализации
Использование
AM-радио
PSTN (L-Carrier)
Простые варианты (DSB, FC)
Низкая энергетическая
эффективность
Широкая занимаемая полоса частот
Более сложные варианты (SSB, RC)
Лучше с полосой
Лучше с энергией
Гораздо дороже оборудование
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 5

6. Frequency Modulation (FM)
Изменяемая
характеристика
несущей – частота
Использование
VHF-радио (FM )
Звук от TV
Передача голоса по
радио (редко)
+ Нечувствительность
к амплитуде, шумам
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 6

7. Phase Modulation (PM)
Изменяемая
характеристика –
фаза
Сложная детекция,
почти не
используется
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 7

8. Amplitude Shift Keying (ASK)
Похоже на АМ:
Легко реализовать
Шумы
Широкий спектр
Вместо умножения используем
сопоставление набора амплитуд набору
кодов
N = log2(M)
С ростом М растет чувствительность к шумам
= многоуровневым сигналам
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 8

9. Frequency Shift Keying (FSK)
Изменяемая
характеристика – частота
(обычно 2 значения - BFSK)
Нет разрывов фазы
MSK
Разница между частотами
=½F
GMSK (GSM)
Использование Гауссовских
импульсов вместо sin
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 9

10. Phase Shift Keying (PSK)
Используется фиксированный набор фаз несущего сигнала
Кодирование фазой
Сложности с точным определением фазы
Кодирование изменением фазы (DPSK)
проще детектировать
Амплитуда постоянная!
Разновидности
BPSK (Binary)
QPSK (Quaternary)
8-PSK (редко)
Используется:
802.11b (разные скорости – разные схемы)
802.11g (6,9,12,18мбит/с)
Bluetooth
ZigBee
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 10

11. BPSK
2 фазы – 0 и 180
Самая надежная PSK
Самая медленная
PSK
1 бит на символ
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 11

12. QPSK
4-PSK
4 фазы, 2 бита на символ
Диаграмма – код Грея
Проще рассматривать как 2
квадратурные BPSK
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 12

13. QPSK во времени
Выходной сигнал – есть разрывы фазы –
скачки амплитуды
OQPSK (Offset) – сдвиг четных и нечетных
битов во времени для уменьшения разрывов (I
и Q изменяются по - очереди)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 13

14. Quadrature Amplitude Modulation
(QAM)
Два изменяемых параметра несущей:
Фаза
Амплитуда
Две составляющие – инфазная (I) и
квадратурная (Q) – ортогональные несущие
(φ=90)
(например, sin & cos)
Analog VS Digital
NTSC, PAL, SECAM
Modems, Cable Modems, Digital TV, 802.11
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 14

15. QAM-Constellations
16-, 64-, 256-QAM (2M,
4M)
Почему не
используются 2-,4-,8-
QAM?
Прямоугольные
схемы (квадратные)
VS кольцевые
энергия
различимость
символов
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 15

16. QAM - обобщенная схема
Разделение на 2
потока равной
емкости
Генерация импульсов
Умножение на
квадратурные
(ортогональные)
составляющие (sin &
cos)
Суммирование
сигналов
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 16

17. Orthogonal Frequency Division Multiplexing
(OFDM)
Использование нескольких несущих (sub carriers) – аналог FDM
На каждой SC – схема модуляции с низкой скоростью (QAM)
Устойчивость к межсимвольной интерференции
Эффективная борьба с проблемой многолучевого распространения
Шумоподобный спектр
Устойчивость к помехам
Нет создания помех другим технологиям
Возможность разделения на неравные подпотоки
Адаптивная подстройка к качеству канала на разных SC
В качестве базиса функций – базис DFT
Ортогональность SC на определенном периоде
Возможность очень близкого расположения fsc (overlap)
Экономное использование полосы пропускания канала
Обеспечение независимости подпотоков
Возможность организации схемы множественного доступа
Чувствительность к потере синхронности SC (Допплер)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 17

18. OFDM - использование
Технологии, использующие OFDM
ADSL (aka “DMT ADSL”)
PLC (Power Line Communication)
IEEE 802.16d,e (WiMax)
IEEE 802.11a,g,n (Wi-Fi, некоторые скорости)
Digital Audio (DAB)
Digital Video (DVB-T)
4G Телефония (LTE)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 18

19. OFDM – обобщенная схема
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 19

20. Другие технологии
модуляции
DSSS, FHSS
Будут рассмотрены позже (в теме 13)
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 20

21. ?
Introduction To Telecommunications 2012 - © Alexander Eltsov, SPbSPU 21