Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek Modulációs eljárások áttekintése mire jó ez a moduláció? mi szükség van rá? - a rendelkezésre álló csatorna frekvenciasávja nem egyezik meg a továbbitandó információt leíró, elemi módon készített jel frevenciasávjával - szeretnénk kiaknázni a "csatornára történő leképezéssel" elérhető lehetőségeket. Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Modulációs eljárások, digitális moduláció „Moduláció” – a szimbólumsorozat továbbítására egy – a jelzési sebességnél általában nagyobb frekvenciájú - szinuszos vivőt használunk A vivő valamely jellemzőjét változtatjuk a szimbólumoknak megfelelően amplitúdóját: ASK (amplitude-shift-keying) – ki-bekapcsolásos moduláció (eredetileg: „billentyűzés”) frekvenciáját: FSK (frequency-shift-keying) fázisát: PSK (phase-shift-keying) Az eljárás eredményeképpen a jel spektruma áthelyeződik az „alapsávból” a vivő környezetébe Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz ASK „0”: nincs vivő, „1”: van (on-off-keying, ki-bekapcso- lásos moduláció Többszintű ASK Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

ASK jel spektruma: illusztráció szinuszos jelkomponenssel cos ωmt x cos ωct = 0.5 cos (ωc – ωm)t + 0.5 cos (ωc + ωm)t Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz ASK jel spektruma ωc Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz ASK jel előállítása az impulzussorozat szorzása a szinuszos vivővel a csatornán való továbbítás előtt sávhatárolás szűrővel Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

ASK jel demodulálása „koherens” és „nemkoherens” módszerrel Burkoló-detektor / demodulátor, komparátor. Bit-energia / zaj-spektrális sűrűség Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz FSK A „0” szimbólumnak f1 frekvenciájú vivő, az „1”-es szimbólumnak f2 frekvenciájú felel meg (digitális frekvenciamoduláció: a vivő frekvenciáját változtatjuk a moduláló jel szerint) Egyszerű előállítás és demodulálás, de ami a legfontosabb: érzéketlenség az erősítők nemlineáris torzítására -> jó hatásfokú erősítők alkalmazásának lehetősége, gazdaságos akkumulátorhasználat a mobil készülékekben. Mi köze ennek a számítógéphálózatokhoz? Konvergencia! Az előállítás részben tényleg egyszerű, legfeljebb a részletek okoznak gondot, de itt nem beszélünk róluk. Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

FSK: koherens és nemkoherens demodulálás Hibavalószínűség koherens és nem- koherens esetben Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

(Bináris) PSK jel az időtartományban és a spektruma Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

PSK jel előállítása és demodulálása Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

ASK, FSK és PSK hibavalószínűségei A DPSK, mint differenciális moduláció lehetővé tesz egy nagyon praktikus demodulálást, nevezetesen nem kell vivőt helyreállítani, mert a jelenlegi szimbólum meghatározásához igénybe vehetjük az előző szimbólumot leíró jelet, mivel a fázisváltozás hordozza az információt. A vivőhelyreállításban (amely a modulált jelből történik) van egy bizonytalanság, amelyet vagy rögzített (tanító) szimbólumsorozattal, vagy a differenciális módszerrel lehet leküzdeni. Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Többszintű PSK: QPSK (quadrature PSK) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Többszintű moduláció Példa: 16QAM Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Analóg modulációs eljárások Szinuszos vivő modulációja analóg moduláló jellel Amplitúdó- és szögmoduláció (frekvencia vagy fázismoduláció, attól függően, hogy melyik paraméter arányos a moduláló jellel) Az amplitúdómodulációs eljárásnak több jel összefogásánál, multiplexelésénél van jelentősége, mivel az analóg amplitúdómoduláció (az ASK-hoz hasonlóan): szorzás az időtartományban spektrumeltolás a frekvenciatartományban Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz FDM és TDM 4 felhaszn. Példa: FDM frequency time TDM frequency time Two simple multiple access control techniques. Each mobile’s share of the bandwidth is divided into portions for the uplink and the downlink. Also, possibly, out of band signaling. As we will see, used in AMPS, GSM, IS-54/136 Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz A frekvenciaosztású nyalábolás elve – - FDM – frequency division multiplexing (multiplexelés) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz A frekvenciaosztású multiplexelés és demultiplexelés elvi megvalósítása Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Időosztású multiplexelés – - TDM – time division multiplexing i. keret (i+1). keret 1. 2. 3. n. 1. 2. 3. idő időrések 1. forrás 2. forrás n. forrás Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Példa időosztású nyalábolásra beszédátviteli rendszerben (24 csatorna egyenként 8 bitjének multiplexelése) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Hullámhossz-osztású nyalábolás (multiplexelés) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Kódosztású nyalábolás (CDM – code division multiplexing) A egyes csatornák jele sem frekvenciában, sem az időben nem különül el Hogy lehet ez? Akkor hogyan különböztet- jük meg azokat? És mi az értelme ennek a furcsa „osztás”-nak? Nézzük az egyik módját, az ún. direct sequence CDM-et! Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

A CDM elve és a „spektrumszórás” (spread spectrum) chip-idő i. bit (i+1). bit idő Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Az OFDM elve Hasonlóság az FDM-hez, a frekvenciaosztású multiplexeléshez, mert az adatfolyamot több alvivőre ültetve továbbítjuk párhuzamosan, de itt nem szükségképpen több független csatorna jelét akarjuk átvinni, hanem egyetlen folyamot, annak párhuzamosításával. Különbség: nem diszjunkt és védősávokkal is eltávolított frekvenciasávok a multiplexált jelben, hanem átfedők (ezáltal sokkal jobb sávkihasználás), amelyet az tesz lehetővé, hogy az alvivők ortogonálisak egymásra (mit jelent ez, meglátjuk nemsokára) Egyik előnye lesz a zavarokkal szembeni védettség Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Az OFDM csatornakihasználásának illusztrációja Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Ortogonalitás? Ahol az egyik vivőnek maximuma van, ott a többi vivő eltűnik. Mi ennek a feltétele az időtartományban? Az, hogy a vivők közötti távolság f =1/Ts legyen. Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Az OFDM idő- és frekvenciatartománybeli ábrázolása, védőidő (ciklikus prefix) Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Ortogonalitás az időtartományban Egy T-n belül a hullámhossz pontosan egész számú többszöröse található. A szomszédos alvivők között pontosan egy ciklus különbség van. Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Ortogonalitás: a periódusok egymás egészszámú többszörösei Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Miért van szükség ciklikus prefixre? Az ICI – inter- carrier interference elkerülésére Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Ciklikus prefix (ICI) és védőidő Tg – guard time, a többutas terjedés miatti szimbólumközi interferencia (ISI) elkerülésére Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Az OFDM jel előálítása és visszaállítása FFT/IFFT – (Inverse) Fast Fourier Transform Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz

Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz Az OFDM alkalmazásai DVB-T DSL WiMAX Nagysebességű Wi-Fi Vezetéknélküli és mobil hírközlő rendszerek 2009. ősz