QAM, QPSK és OFDM modulációs eljárások Készítette: Molnár Richárd Molnár István 2011, Miskolci Egyetem

Modulációs eljárások Az előadásban a QAM, QPSK és az OFDM modulációról lesz szó valamint azokat egymással összehasonlítva nézzük meg azok előnyeit és hátrányait.

A QPSK moduláció A QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) olyan modulációs eljárás, ahol a vivőjel négy fázissal rendelkezhet. Vagyis az információt a jel fázisának változása hordozza, miközben az amplitúdója állandó marad. Ezek következők: 45, 135, 225 és 315 fokos eltolással.

A QPSK előnye Fontos, hogy a QPSK használatával a jel egy fázisváltozása 2 bit információt hordoz. Ez nagy előrelépés a bináris fázisbillentyűzéshez (BPSK) képest (ahol csak 1 bit átvitele történik a jel egy fázisváltozás során).

QPSK A QPSK a 4-QAM modulációra hasonlít, konstelációs képük megegyezik, bár a két modulációs eljárás alapjaiban különbözik egymástól. A következő két kép a QPSK konstellációját szemlélteti a gyakorlatban a vevő oldalon (hozzáadott zajjal).

QPSK használata Digitális: A DVB-T három különböző modulációs sémát biztosít (QPSK, 16QAM, 64QAM).

A QAM moduláció A mikrohullámú technikából tudjuk, hogy a fázis változtatásával milyen jó minőségben lehet digitális jeleket átvinni. Az eddig alkalmazott megoldások (pl. QPSK) hátránya, hogy a fázis változása közben az amplitúdó feleslegesen állandó értékű. A QAM (kvadratúra amplitúdómoduláció) moduláció olyan eljárás, amelyben egymást követően különböző amplitúdójú és fázisú szinusz csomagokat küldünk a vevő számára.

QAM A QAM jelnek azt a szakaszát, amelyen belül a jel amplitúdója és fázisa nem változik, szimbólumnak nevezzük. Az 1 másodpercen belül kiküldött szimbólumok száma adja a szimbólum sebességet. A táblázat a QAM változatait mutatja. A QPSK a 4-QAM modulációra hasonlít, konstellációs képük megegyezik, bár a két modulációs eljárás alapjaiban különbözik egymástól.

16QAM A QAM jel minden szimbólumban „a” amplitúdóval és „fi” fázissal jellemezhető. Az amplitúdó és fázis értékek vektorait koordináta rendszerbe rajzolva kapjuk a konstellációs diagramot. A következő két kép a 16QAM konstellációját szemlélteti a gyakorlatban a vevő oldalon (hozzáadott zajjal).

QAM felhasználása Analóg: A QAM-et használják az NTSC és PAL televíziós rendszerekben. Digitális: A 64-QAM és 256-QAM eljárásokat gyakran alkalmazzák a digitális kábeltévé rendszerekben. A DVB-T három különböző modulációs sémát biztosít (QPSK, 16QAM, 64QAM). A magyarországi DVB-T a 64QAM-et használja.

OFDM Az OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) moduláció lényege, hogy több ezer vivőt állítunk elő, azokat QAM-ben külön-külön moduláljuk, és az így kialakított összetett jelet hosszú ideig sugározzuk a vevő számára. A vételi oldalon a demodulátor számára az OFDM jel rövid szakasza értelmezhetetlen, kimenőjel csak a 896 µs (8k módban) hosszú keret (amelyen belül a több ezer vivő QAM modulációja található) feldolgozásával állítható elő. Az OFDM jel demodulátora hosszú időn keresztül nem ad kimenőjelet, majd a szimbólum végén egyszerre adja át a több ezer vivő által szállított bitek halmazát (ezt láthattuk a távközlés 1 tárgy qpsk ofdm matlab feladatánál is). Fizikailag a demodulált kimenőjelet egy memóriába írva kapjuk meg a szimbólum végén.

OFDM Két változatban dolgozták ki. A 2k néven ismert mód 2048 vivővel, a 8k néven ismert 8192 elméleti vivővel dolgozik.   Az egyes szimbólumok után bizonyos ideig tartó védelmi idő következik miután következik a soron következő szimbólum továbbítása. A védelmi időt a szimbólumidő 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 részére lehet megválasztani. A védelmi idő növelésével egyre nagyobb kiterjedésű hálózatok építhetők, de csökken a hasznos adatsebesség.

Az OFDM felhasználása IEEE 802.11a, g, n wlan DVB-T, ISDB-T digitális televízió

QAM VS OFDM A QAM jelnél a 150 ns-os szimbólum-idő miatt a néhány méterrel hosszabb úton terjedő rádióhullám már komoly zavart okoz. Az OFDM esetében hosszabb szimbólumidő és a védelmi idő beiktatásával csökkenthető a reflexiók miatt kialakul szimbólum áthallás ha a védelmi időt úgy választjuk meg, hogy a késve érkező szimbólumnak vége legyen a következő szimbólum kezdete előtt. Az OFDM azért éppen így került kialakításra, és azért ilyen bonyolult, hogy a reflexiókat el tudja viselni.

OFDM megvalósítása 16QAM-el Simulinkben

Működés közben…

OFDM megvalósítása QPSK-val Simulinkben

Működés közben…

Köszönjük a figyelmet!