Digitalne modulacione tehnikeDigitalna modulacija analognog signala predstavlja grupu modulacionih tehnika koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu koristi promenu amplitude, frekvencije ili faze noseeg signala. Najstandardniji nain korienja ovih transformacija sreemo kod prenosa digitalnih podataka preko javne telefonske mree (PSTN) koje nisu direktno prilagoene za prenos digitalnih signala. Telefonska mrea je projektovana za prijem, komutaciju, i prenos analognih signala govora u opsegu od 300 Hz do 3400 Hz. U tom sluaju se vri povezivanje digitalne opreme na telefonsku mreu preko modema. Zadatak modema je da konvertuje digitalne podatke u analogne signale, i obratno. Kada se govori o telefonskoj mrei, modemi se koriste za generisanje signala u govornom frekventnom opsegu, ali se iste osnovne tehnike koriste i od strane modema koji generiu signale na viim frekvencijama (recimo mikrotalasni). Postoje tri osnovna vida digitalnih modulacija analognih signala, ali emo u okviru ovog rada detaljnije obraditi B-PSK modulacionu tehniku: 1. ASK - Amplitude Shift Keying, 2. FSK Frequency Shift Keying, 3. PSK Phase Shift Keying.

Slika 1: Modulacije analognih signala

ASK (Amplitude Shift Keying) ASK modulacija predstavlja vid modulacione tehnike koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu dolazi do promene amplitude noseeg signala. ema kodiranja podataka prvenstveno se odnosi na proces preslikavanja bitova podataka u signalne elemente. Kod ASK modulacije binarnim vrednostima 0 i 1 pridruuju se dve razliite amplitude nosee frekvencije. Kao tehnika, ASK je podlona uticaju naglih promena pojaanja i veoma je neefikasna. U telefoniji se koristi za prenos signala do 1200

bps. ASK modulacija se takoe koristi i kod prenosa digitalnih podataka po optikom vlaknu, gde LED predajnik emituje svetlosni snop za jedan signalni elemenat, a ne-emituje za drugi. FSK Frequency Shift Keying FSK predstavlja vid modulacione tehnike koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu dolazi do promene frekvencije noseeg signala. Najpoznatija forma FSK modulacije je binarna FSK, nazvana BFSK. KodBFSK, dve binarne vrednosti se predstavljaju razliitim frekvencijama koje su locirane u blizini nosee frekvencije. FSK modulaciona tehnika je manje podlona grekama u poredjenju sa ASK modulacionom emom. Ovaj nain prenosa, kada se prenos vri po standardnim telefonskim paricama, obino se koristi za brzine do 1200 bps. No treba istaknuti da se FSK koristi takoe i na viim frekvencijama (3-30 MHz) kod radio prenosa. Signal MFSK (multiple FSK) u odnosu na BFSK, sa aspekta propusnog opsega, je daleko efikasniji, ali je zato vie podloan grekama. Kod MFSK se koriste vie od dve frekvencije. PSK Phase Shift Keying PSK predstavlja vid modulacione tehnike koja se koristi u procesu transformacije digitalnih podataka u analogne, pri emu dolazi do promene faze noseeg signala. Kod PSK eme kodiranja promena faze noseeg signala vri se u skladu sa podacima. BPSK modulacija Najjednostavnija ema koja koristi dve faze radi prezentacije dve binarne cifre je BPSK (Binary PSK).

{

Tb - trajanje bita, Eb preneta energija signala po jednom bitu. Par sinusoidalnih talasnih oblika S1(t) i S2(t), koji se razlikuju samo po relativnom faznom pomeraju od radijana se nazivaju antipodni signali.

Generisanje BPSK signala

Za generisanje BPSK signala koristimo produktni modulator koji se sastoji od dve komponente:

Slika 2:BPSK modulator

1. Koder bez povratka na nulu (NRZ-Non return to zero level encoder), u kome je ulazna binarna sekvenca podataka kodirana na polarni nain simbolima 1 i 0 predstavljenim nivoima konstantne amplitude i .

2. Produktivni modulator koji mnoi binarni talasni oblik kodiran u nivoe sa sinusoidalnim nosiocem c(t), ija je amplituda , kako bi se dobio BPSK signal. Detekcija BPSK signala Za detekciju originalne binarne sekvence jedinica i nula, BPSK signal x(t) na izlazu iz kanala se vodi u prijemnik koji se sastoji iz etiri dela kao to je prikazano na slici:

Slika 3: Detekcija BPSK signala

1. Produktnog modulatora, na ije se ulaze dovodi i lokalno generisan referentni signal koji je replika talasnog oblika nosioca c(t);

2. Filtera propusnika niskih frekvencija koji je dizajniran kako bi uklonio komponente dvostruke frekvencije sa izlaza produktnog modulatora (komponente na 2fc), i kako bi propustio komponente nulte frekvencije; 3. Kola za uzrokovanje, koje uniformno uzrokuje izlaz iz filtra propusnika niskih frekvencija u trenucima t=iTb, gde je i=0,1,2, ; lokalni takt koji upravlja radom kola za uzrokovanje je sinhronizovan sa taktom odgovornim za tajming bitova u predajniku; 4. Ureaja za odluivanje, koji poredi uzorkovane vrednosti sa izlaza filtra sa eksterno dovedenim pragom na svakih Tb sekundi. Ako se pree prag ureaj mora doneti odluku u korist simbola 1; u suprotnom se odluuje u korist simbola 0. Za BPSK prijemnik prikazan na slici kaemo da je koherentan ako je sinusoidalni referentni signal koji se dovodi na ulaz produktnog modulatora proizvoda u demodulatoru sinhronizovan po fazi (i naravno frekvenciji) sa talasnim oblikom nosioca korienim u modulatoru. Ovakav zahtev se moe ostvariti korienjem fazno-zakljuane petlje (PLL-Phase Locked Loop). Posebnu panju zahteva dizajn filtra niskih frekvencija. Postavlja se pitanje koliki treba da bude propusni opseg ovog filtra? Propusni opseg filtra u naem koherentnom BPSK prijemniku sa slike mora biti jednak ili vei od reciprone vrednosti trajanja bita Tb, kako bi rad prijemnika bio zadovoljavajui. Ostale PSK modulacije Alternativna forma BPSK emi je DPSK (Differential PSK). Kod ove eme binarna 0 odovara predaji signalnom paketu (signal burst) iste faze kao i prethodni signalni paket, dok binarna 1 odgovara predaji signalnog paketa suprotne faze u odnosu na prethodni. Efikasnije iskoricenje propusnog opsega se postie ako se svaki signalni elemenat predstavi sa vie od jednog bita. Za efikasnije iskorienje propusnog osega koristi se tehnika poznata kao QPSK koja koristi umnoke faznih pomeraja od /2, 8PSK ema kodiranja gde se koriste fazni pomeraji od /4, a i 16PSK gde su koriste fazni pomeraji od /8. Kod QPSK svaki signalni elemenat predstavlja dva bita. U principu PSK na vienivoa se moe postii grupisanjem veeg broja bitova. Najstandardniji primer upotrebe ove modulacione tehnike predstavlja DVB. Kada se govori o digitalnoj faznoj modulaciji kakva je recimo QPSK uobiajeno je da se amplituda i faza predajnih simbola predstave u kompleksnom koordinatnom sistemu nazvanom konstalacioni dijagram. Radi ilustracije na slici su predstavljeni dijagrami za 4 PSK modulacione tehnike.

Slika 4 Konstelacioni dijagram za 4 PSK modulacione tehnike

Na ovom dijagramu se vidi da je Hemingovo rastojanje izmeu susednih simbola 1. Namerno se koristi takvo mapiranje bitskih rei, da bi u sluaju pogreno detektovanog simbola greka bila manja. U ovom sluaju najvie bitova bi se prenosilo korienjem 16PSK modulacije i postigla bi se najvea iskorienost kanala, ali sa druge strane poveanjem faznih razlika smanjuje se otpornost na um pa treba uskladiti odnos signal/um sa brzinom prenosa.

Prostiranje u kanalu sa fedingomFeding predstavlja jednu od dominantnih smetnji u beinim telekomunikacionim sistemima. U zavisnosti od oblika funkcije gustine verovatnoe anvelope signala na ulazu prijemnika, postoje Riceov, Rayleighov, Nakagamijev, Weibullov i druge vrste fedinga. Verovatnoa greke, kao jedan od parametara, na osnovu kojeg se moe proceniti kvalitet veze, znatno se poveava pod uticajem fedinga u odnosu na verovatnou greke u klasinom Gaussovom kanalu (AWGN Additive White Gaussian Noise) bez fedinga.