Transcript مدولاسیونهای دیجیتال

‫بخش چهارم‬
‫مدوالسیونهای دیجیتال‬
)‫(ادامه‬
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 1
‫مثال‬
‫سیگنال ویدئویی با ‪ BW=4.5MHz‬به شیوه ‪ PCM‬کد شده مطلوبست‪:‬‬
‫‪ )1‬اگر سیگنال با فرکانس ی ‪ %20‬باالی حد نایکوئیست نمونه برداری شود نرخ نمونه برداری را تعیین‬
‫کنید‪.‬‬
‫‪ )2‬اگر تعداد سطوح کوانتیزایشن ‪ 1024‬باشد‪ ،‬تعداد بیتی که هر نمونه به خود اختصاص میدهد چقدر‬
‫است؟‬
‫‪)3‬نرخ بیت نهایی چقدر است؟‬
‫‪1. fNyq=2xBW:‬‬
‫‪fNyq = 2x4.5x106= 9x106Hz > fS = 1.2x9x106= 10.8x106 Hz‬‬
‫‪2. k:‬‬
‫‪1024 = 210 >> k= 10 bits‬‬
‫‪3. Bit-Rate = Rb = k x fS =108Mbps‬‬
‫‪2‬‬
‫‪13 April 2015‬‬
‫شیوه های چندگانه مدوالسیون های دیجیتال‬
‫برای کاربردهای با نرخ بیتهای باال نظیر مالتی مدیا نیاز به شیوه های مدوالسیونی هستیم که‬
‫بتوانند بطور همزمان(پارالل) جند بیت را ارسال کنند‪ ،‬بطور کلی دو تکنیک وجود دارد‪:‬‬
‫‪ o‬انواع چند تایی‪ ،‬یا ‪M-Array‬‬
‫…‪4ASK,4-PSK,‬‬
‫‪ o‬مدوالسیون های ترکیبی یا ‪Combination Digital Modulation‬‬
‫…‪16QAM,‬‬
‫‪Slide 3‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫مدوالسیون های دیجیتال چندگانه(‪)1‬‬
‫‪4-ASK .1‬‬
‫در شکل زیر نمونه ائی از یک شکل موج دیجیتال چهار سطحه ‪ ASK‬ارائه شده است‪،‬‬
‫همانطورکه در شکل مشاهده میشود در هر بازه زمانی اطالعات یک نمونه دو بیتی‬
‫توسط سیگنال قرار گرفته شده است‪.‬‬
‫‪Slide 4‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫مدوالسیون های دیجیتال چندگانه(‪)2‬‬
‫‪4-FSK .2‬‬
‫در شکل موج دیجیتال چهار سطحه ‪ ، FSK‬بازای هر یک از نمونه های چهارگانه دو بیتی‬
‫یک فرکانس اختصاص داده شده و در واقع یک ‪ FDM‬چهار گانه است‪.‬‬
‫‪Slide 5‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫مدوالسیون های دیجیتال چندگانه(‪)3‬‬
‫‪ 4-PSK .3‬یا ‪Quadrature-PSK‬‬
‫ً‬
‫در شکل موج دیجیتال چهار سطحه ‪ QPSK‬برای هر سمبل یا نمونۀ دو بیتی (کال چهار‬
‫نمونه) یک انحراف فاز تخصیص داده میشود که در جدول زیر ترتیب این فازها ارایه‬
‫شده است‪ ،‬در اسالید بعد نمونه ائی از شکل موج ‪ QPSK‬نمایش داده شده است‪.‬‬
‫‪Slide 6‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
)4(‫مدوالسیون های دیجیتال چندگانه‬
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 7
‫کاربردها و ویژ گیهای ‪QPSK‬‬
‫‪QPSK ‬‬
‫ارتباطات زیر دریائی‬
‫نوع چهارتائی(تربیعی) یا ‪ Quadrature PSK‬یکی از‬
‫متداولترین انواع ‪ PSK‬بوده که بسبب حفاظت فوق العآده‬
‫آن در برابر نویز در کانالهای نویزی کاربرد داشته و از ابتداء‬
‫پخش ‪ DTH‬برنامه های تلویزیون ماهواره ائی بعنوان فرمت‬
‫استاندارد ‪ DVB-S‬و نیز ارتباطات زیردریائی مورد استفاده‬
‫قرار گرفته است‪.‬‬
‫از ویژگی های این نوع‪:‬‬
‫)‪DTH(DVB-S‬‬
‫‪ o‬هر نمونه با یک کلمه دو بیتی کد میشود‪.‬‬
‫‪ o‬میزان شیفت کاریر توسط هر نمونه تعیین میگردد‪.‬‬
‫‪ o‬در مقایسه با ‪ ،BPSK‬و برای نرخ بیت یکسان پهنای باند‬
‫کمتری را اشغال میکند‪.‬‬
‫‪Downlink‬‬
‫‪ o‬سیستم گیرنده و فرستنده از پیچیدگی باالیی برخوردار است‪.‬‬
‫‪Footprint‬‬
‫‪Slide 8‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫‪Uplink‬‬
‫مدوالسیون های دیجیتال ترکیبی(‪)1‬‬
‫‪quadrature amplitude modulation (QAM) ‬‬
‫این نوع مدوالسیون همانگونه که از نامش معلوم است ترکیبی از دو مدوالسیون ‪ ASK‬و ‪(QPSK) PSK‬‬
‫بوده که بطور توام کاریر بر اساس یکی از حاالت ترکیبی چهار حالت ممکنه فاز و دو حالت ممکنۀ دامنه قادر است‬
‫هشت نمونه‪ ،‬که هر کدام یک کلمه)‪ (word‬سه بیتی را معرفی خواهند کرد را بپذیرد‪ ،‬که بهمین سبب نام‬
‫‪ Quadrature Amplitude Mod.‬یا ‪ QAM‬را بر آن اختیار کرده اند‪.‬‬
‫نکته جالب اینکه در این شیوه این امکان وجود دارد که با تلفیق ترکیبهای باالتر از ‪ ،4-PSK‬مثال ‪ 8-PSK‬با‬
‫‪ M-ASK‬میتوان به سمبلهای با تعداد بیت باالتری نیز‪ ،‬مثال ‪ 4‬بیت دست یافت که در اینصورت مدوالسیون‬
‫های گروه ‪ ،N>2( 2N-QAM‬البته میتوان ‪ QPSK‬را ‪ 4-QAM‬نیز تلقی کنیم)تحقق میآبند‪.‬‬
‫لذا اولین ‪ QAM‬بنام ‪ ،8-QAM‬نمونه های سه بیتی؛ دومین ‪ QAM‬با نام ‪ ،16-QAM‬نمونه های چهار بیتی‬
‫و‪ ...‬معرفی میشوند‪.‬‬
‫‪Slide 9‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫مدوالسیون های دیجیتال ترکیبی(‪)2‬‬
‫صورت فلکی یا ‪ Constellation‬مدوالسیونهای ترکیبی‬
‫ی ک ککک ش ک ککیوه بص ک ککری نم ک ککایش مدوالس ک ککیونهای‬
‫ترکیب ک ککی نم ک ککایش قطب ک ککی روی دای ک ککره مثلثک ک کاتی‬
‫وض ک ک ک ککعیتهای ممکن ک ک ک ککۀ ک ک ک ک ککاریر میباش ک ک ک ککد ک ک ک ک ککه‬
‫کانستلیشککن‬
‫اصککطالحا صککورت فلکککی یککا‬
‫گفتک ککه میشک ککود در شک کککلهای زیک ککر کانستلیشک ککن‬
‫اولککین ع ککو ‪ 8-QAM ،QAM‬نشککان داده‬
‫شده اند‪.‬‬
‫‪Slide 10‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
)3(‫مدوالسیون های دیجیتال ترکیبی‬
QPSK‫ و‬BASK
‫ ترکیب‬،8-QAM ‫نمایش سیگنال‬
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 11
‫مدوالسیون های دیجیتال ترکیبی(‪)4‬‬
‫یکی از ویژگیهای جالب ‪ QAM‬امکان آفرینش انکواع مختلکب بکرای یکک نکوع واحکد میباشکد‪ ،‬در‬
‫شککلهای زیککر نشککان داده شککده چگونککه میتکوان ‪ 16-QAM‬را بککا تلفیقهککای متنککوع ‪(N-ASK‬بککا‬
‫‪ N‬های متنوع) با ‪( M-PSK‬با ‪ M‬های متنوع) پدید آورد‪.‬‬
‫‪Slide 12‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫مقایسه انواع مختلب صور فلکی ‪QAM‬‬
‫صور فلکی مختلب برای یک میزان خطای یکسان ‪ SNR‬های مختلفی خواهند داشت‪:‬‬
‫‪ ‬شکل )‪ (d‬پایین ترین توان را برای یک‬
‫‪ BER‬ثابت(حدود‪)1dB‬معرفی میکند‪.‬‬
‫‪ ‬شکلهای )‪ (a‬و)‪ (b‬از نظر اجرا مدوالسیون‬
‫و دمدوالسیون بسیار ساده هستند‪.‬‬
‫‪Proakis and Salehi, Communications Systems‬‬
‫‪Engineering, Prentice Hall 1994 pp. 653‬‬
‫مدوالسیون های دیجیتال ترکیبی(‪)5‬‬
‫)‪Trellis coded modulation (TCM‬‬
‫ً‬
‫نوع دیگری از ‪ QAM‬نیز وجود داشته که اصطالحا ‪ TCM‬خوانده شده‪ ،‬در این شیوه تعداد بیت بر هر سمبل‬
‫متفاوت بین ‪ 6‬تا ‪ 10‬بیت بر نمونه متغییر است‪ ،‬این شیوه بمنظور انتقال دیجیتال شبکه های تلفنی هم اکنون مورد‬
‫استفاده قرار میگیرد‪.‬‬
‫‪Slide 14‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫انیمیشن نمایش حوزه زمان صورت فلکی سیگنال ‪)1( 16-QAM‬‬
‫نمایش صورت فلکی و دیاگرام چشمی سیگنال ‪ 16-QAM‬بدون ح ور نویز‬
‫‪Slide 15‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
‫انیمیشن نمایش حوزه زمان صورت فلکی سیگنال ‪)2( 16-QAM‬‬
‫نمایش صورت فلکی و دیاگرام چشمی سیگنال ‪ 16-QAM‬با ح ور نویز‬
‫‪Slide 17‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬
)1(QAM ‫تاثیر غیر خطی بودن تقویت کننده بر‬
Input:
Non-Linear
s
Output:
sA(r )e j ( r )
Amplifier
r s
A(r ) 
2r
1 r 2
2
r
(r )  600
1 r 2
18
)2(QAM ‫تاثیر غیر خطی بودن تقویت کننده بر‬
Non-Linear
Amplifier
Input Constellation – 64 QAM
Output Constellation
19
‫کاربردها و ویژ گیهای ‪QAM‬‬
‫‪ ‬ویژگیهای با ارزش مدوالسیون ‪ QAM‬سبب استفاده فوری آن در عرصه‬
‫برودکاست و پخش زمینی برنامه های تلویزیونی در استاندارد اروپایی ‪DVB-T‬‬
‫گردید که با طرح نیاز پخش روی موبایل نیز بعنوان یکی از گزینه های‬
‫مدوالسیون استاندارد ‪ DVB-H‬مورد توجه قرار گرفت‪.‬‬
‫‪ ‬یکی از موارد محدود کنندۀ این مدوالسیون افزایش نرخ بیت خطا با افزایش‬
‫لول ‪ QAM‬میباشد‪.‬لذا برای کانالهای با شرایط نامطلوب در صورت عدم‬
‫محدودیت پهنای باند مدوالسیونهای با سطح پایین تر توصیه میشود‪.‬‬
‫توانایی انتقال برنامه‬
‫نرخ بیت هر کانال‬
‫‪TV‬‬
‫نرخ بیت نهایی‬
‫مدوالسیون‬
‫عنوان‬
‫استاندارد‬
‫حدود ‪ 5‬کانال و بیشتر‬
‫در یک باند آنالوگ‬
‫‪3-6 Mbps‬‬
‫‪30Mbps‬‬
‫‪64QAM‬‬
‫‪DVB-T‬‬
‫باالی ‪ 10‬کانال‬
‫‪250-500kbps‬‬
‫‪5‬‬‫‪11Mbps‬‬
‫‪16QAM/QP‬‬
‫‪SK‬‬
‫‪DVB-H‬‬
‫‪Slide 20‬‬
‫‪Autor:Seyed Mohammad Reza‬‬
‫‪Razavizadeh‬‬