KABLOSUZ İLETİŞİM

Transkript

1 KABLOSUZ İLETİŞİM

2 MODÜLASYON TEKNİKLERİ SAYISAL MODÜLASYON

3 İçerik 3 Sayısal modülasyon Sayısal modülasyon çeşitleri Sayısal modülasyon başarımı

4 Sayısal Modülasyon 4 Analog yerine sayısal modülasyon yöntemleri Avantajları Gürültüye karşı direnç Farklı biçimli bilginin kolay çoğullanması Yüksek güvenlik Yanılgı denetim kodları Kaynak kodlama Denkleştirme

5 Sayısal Modülasyon 5 Modüle eden işaret darbe dizisi Her simge sonlu sayıda m adet durum içerir. n log 2 m bit/sembol

6 Sayısal Modülasyon Seçimi 6 Amaç: Düşük SNR değerinde düşük BER değeri Düşük bant genişliği kullanımı Sönümlü kanallarda yüksek başarım Gerçekleştirilmesinin kolay ve ucuz olması Bant genişliği verimi Güç verimi

7 Güç Verimi 7 Mesajın düşük bit yanılgı oranı ile elde edilme yeteneği Güç verimi, p Bit başına düşen işaret enerjisinin gürültü güç spektral yoğunluğuna oranı, N Eb 0

8 Bant Genişliği Verimi 8 Veriyi sınırlı bant genişliğinde taşıma yeteneği Daha hızlı iletişim Daha çok bant genişliği ihtiyacı Bant genişliği verimi, İşgal edilen bant genişliğinin ne oranda verimli kullanıldığının ölçüsü Veri hızı ile bant genişliği arasındaki ilişki Bilişim Kuramı R B bps B / Hz

9 Sistem Kapasitesi 9 Shannon Kanal Kodlama Teoremi İletim hızı kanal kapasitesinden küçük olmak şartıyla uygun kodlama yöntemi kullanıldığında oluşacak yanılgı oranı istenildiği kadar küçük yapılabilir. Toplanır beyaz Gauss gürültü (AWGN) kanalı için, B C log 1 B max 2 S N

10 Güç Bant Genişliği Verimi 10 Kanal kodlaması kullanımı Bant genişliği verimini azaltır Güç verimini arttırır Yüksek seviyeli modülasyon yöntemleri Bant genişliği verimini arttırır Güç verimini azaltır Uzlaşı Diğer verim kriterleri Karmaşıklık, maliyet,

11 Bant Genişliği ve 11 Güç Spektral Yoğunluğu Bant genişliği tanımı Tek bir tanım mevcut değil Güç spektral yoğunluğuna bağlı olarak farklı tanımlar yapılabilir. Mutlak bant genişliği sıfırdan farklı tüm aralık Yarı güç bant genişliği 3 db azalma olan aralık Sıfırdan sıfıra bant genişliği ana spektral lob

12 12 Modülasyon İşaretlerinin Geometrik Gösterimi S s 1 log 2 M t, ss t,..., sm t adet sembol İkili sistemde sadece 2 sembol M=8 ise 3 bit ile gösterim mümkün : modülasyon işaret kümesi

13 Geometrik Gösterim 13 Vektör uzayının sonlu bir kümesi vektör uzayının bazını oluşturan N tane birim dik sinyal ile ifade edilir. Baz vektörleri: Dikgen vektörler i t j t dt 0, i j Normalize edilmiş vektör t 2 E dt 1 i t j j 1,2,..., N

14 Örnek Geometrik Gösterim 14 2Eb t 2Eb s1 t cos 2f c ve s2t cos2f ct : işaretler T b T b T t cos f t b c : baz vektörü 1 b 1 s( t) E t, E t b : işaret kümesi

15 Sayısal Modülasyon Teknikleri 15 Doğrusal Modülasyon İletilen sinyalin genliği, modüle eden sinyal ile doğrusal olarak değişir. Bant genişliği açısından verimlidir. Doğrusal Olmayan Modülasyon İletilen işaretin genliği sabittir. Daha fazla bant genişliğine ihtiyaç duyulur.

16 İkili Faz Kaydırmalı Modülasyon, BPSK 16 Sabit genlikli taşıyıcının fazı m 1 ve m 2 sinyallerine bağlı olarak değişir. Faz farkı genellikle 180 dir. Taşıyıcısı bastırılmış çift yan bant genlik modülasyonu ile aynı. A c genlikli sinüzoidal taşıyıcının bit başına enerjisi E A T 2 b c b 2

17 BPSK Bit Yanılgı Oranı 17 AWGN kanal için, P e, BPSK Q 2E N 0 b

18 Dördün PSK, QPSK 18 Tek bir sembol ile 2 bit taşındığı için BPSK sinyaline göre 2 kat daha fazla bant genişliği verimine sahip. Taşıyıcı fazları: 0, 90, 180, 270 QPSK işareti: 2Es sqpsk ( t) cos 2 fct ( i 1) T 2 s Sembol süresi bit süresinin iki katıdır.

19 QPSK 19 Baz fonksiyonları 2 2 T ve 1t cos f t 2t sin 2f ct s c 2 T s QPSK işareti: s t E cos i 1 t E sin i 1 t 2 2 QPSK s 1 s 2

20 QPSK Spektrumu ve Bant Genişliği 20 Sıfırdan sıfıra bant genişliği R b BPSK bant genişliğinin yarısı

21 QPSK Bit Yanılgı Oranı 21 AWGN kanalı için, Aynı enerji verimliliği ile iki kat daha fazla bant genişliği verimi P e, QPSK 2E Q b N 0 Sembol yanılgı oranı BPSK ile aynı değil!

22 DPSK 22 Referans sinyaline ihtiyaç duyulmadığı için alıcı karmaşıklığı azaltılmıştır. Enerji veriminde azalma! Klasik PSK işaretine göre 3 db daha kötü sonuca sahiptir.

23 Sabit Zarf Modülasyonu 23 Taşıyıcı genliğinin sabit olduğu doğrusal olmayan modülasyon Sabit zarf modülasyonları daha fazla bant genişliğine ihtiyaç duyar. İkili frekans kaydırmalı modülasyon (BFSK) En küçük kaydırmalı modülasyon (MSK) Gauss en küçük kaydırmalı modülasyon (GMSK) Bant genişliği veriminin daha önemli olduğu uygulamalar için uygun değildir.

24 24 İkili Frekans Kaydırmalı Modülasyon, BFSK Genliği sabit olan taşıyıcı frekansı mesaj değerine bağlı olarak farklı iki frekans değeri alır. 2Eb sfsk ( t) cos(2 fc 2 f ) t T 2f b : sabit offset Sürekli olmayan FSK iki ayrı osilatör devresi 2Eb sfsk ( t) vh ( t) cos(2 fht 1) Tb 2Eb sfsk ( t) vl( t) cos(2 flt 2) T b

25 BFSK Yanılgı Oranı 25 AWGN kanalı için uyumlu alıcı yanılgı oranı, Uyumlu olmayan alıcı yanılgı oranı, E b Pe, FSK Q N 0 P e, FSK NC e E b 2 2N 0

26 En Küçük Kayma Modülasyonu, MSK 26 Sürekli faza sahip FSK Spektral verimi yüksek olduğundan gezgin kablosuz sistemler için uygundur.

27 Birleştirilmiş Doğrusal ve Sabit Zarf 27 Modülasyon Teknikleri Genlik ve fazın/frekansın aynı anda değiştirilmesi Etkin güç kullanımı Etkin bant genişliği kullanımı M kipleme 2 veya daha fazla bit bir sembol oluşturur. Bant sınırlı kanallarda etkili bir yöntem Yanılgı başarımı ve güç verimliliği azalır.

28 M PSK 28 M olası değer 2Es 2 si( t) cos 2 fct ( i 1) T M i 2( i1) / M s E T s s (log M) E 2 (log M) T 2 b b

29 Dördün GM (QAM) 29 Fazın yanında genliğinde değiştirilmesiyle gerçekleştirilen modülasyon 2E 2E s t a f t b f t min min i ( ) i cos(2 c ) i sin(2 c ) Ts Ts Sembol genlikleri ve semboller arasındaki uzaklıklar sabit değildir. Güç ve bant genişliği verimi M-ary PSK ile benzerdir.

30 M FSK 30 Bant genişliği verimi artan M ile azalır. Tüm sinyaller dikgen olduğu için güç verimi M ile artar. 2E s si( t) cos ( nc i) t Ts Ts

31 Sönümlü ve Çok Yol Kanallarında 31 Modülasyon Başarımı Bit yanılgı oranı (BER) Başarım için bilgi verir. Yanılgının türü hakkında bilgi vermez. Servis kesilme olasılığı

32 Yanılgı Oranları 32 Farklı modülasyon teknikleri için, Sönümlü kanalda yanılgı oranı ile ortalama SNR arasında ters orantılı ilişki AWGN kanalında yanılgı oranı ile SNR arasında üstel ilişki. Sönümlü kanallarda aynı başarım için çok daha yüksek SNR artışına ihtiyaç duyulur. BER başarımının arttırılması için yanılgı denetim kodlarına ihtiyaç duyulur.

33 Frekans Seçici Sönümlü Kanallarda 33 Başarım Semboller arası girişim sonucu düşürülemeyen BER değerleri Azaltılamayan BER katları BER hesaplamaları için bilgisayar benzetimleri

34 Kaynak 34 Wireless Communications, Principles and Practice Theodore S. Rappaport