Zygmunt Kubiak Instytut Informatyki Politechnika Poznańska Opracowanie na postawie: Islam S. K., Haider M. R.: Sensor and low power signal processing, Springer 2010 http://en.wikipedia.org/wiki/modulation Roshan P., Leary J.: Bezprzewodowe sieci LAN 802.11, Mikom 2004
Prosty model komunikacji bezprzewodowej 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 2
Różne częstotliwości radiowe 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 3
Pojęcia Prędkość (szybkość) (przesyłu, transmisji) danych wyrażamy w bitach na sekundę, np. 20 kb/s, 8 Mb/s Uwaga, w informatyce (w przeciwieństwie do innych dziedzin nauki) przedrostek kilo czasem nie oznacza 10 3 a 1024 i dlatego w wielu krajach (w tym w Polsce) przyjęło się używanie wielkiej litery K dla oznaczania krotności 1024, zaś małej k dla krotności 1000. Podobnie wielka litera B oznacza bajt, mała b bit. Przykład: 1KB oznacza 1024 bajty IEC proponuje dodanie litery i, np. kilobajt kb = 1000 B a kibibajt KiB = 1024B; podobnie megabajt MB = 1000 kb a mebibajt MiB = 1024 KiB Szybkość modulacji (ang. baud rate) określa wynikową prędkość symboli na sekundę, chips ów na sekundę ; wyrażana jest z reguły bodach (ang. baud), np. 9600 baud 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 4
Technologie bezprzewodowe Komunikacja wąskopasmowa z jedną falą nośną Komunikacja z rozpraszaniem widma Rozpraszanie widma metodą przeskoków częstotliwości FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum) Rozpraszanie widma metodą sekwencji bezpośredniej DSSS (ang. Direct Sequence Spread Spectrum) 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 5
Komunikacja wąskopasmowa z jedną falą nośną Przepustowość kanał C, gdzie W szerokość kanału w przybliżeniu proporcjonalna do szybkości transmisji R, a S/N - stosunek sygnału do szumu, R/W efektywność wykorzystania pasma (wydajność energetyczna). Przykładowe metody modulacji: ASK, OOK 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 6
Modulacja ASK (ang. Amplitude Shift Keying) ASK przekształca ciąg bitów w zmiany amplitudy fali nośnej Model systemu transmisyjnego wykorzystującego ASK 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 7
Modulacja OOK (ang. On Off Keying) Jest najprostszą formą ASK obecność fali nośnej odpowiada binarnej jedynce a binarne zero reprezentowane jest przez brak fali nośnej 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 8
Rozpraszanie widma metodą przeskoków częstotliwości FHSS (ang. Frequency Hopping Spread Spectrum) Urządzenie FHSS skokowo zmienia częstotliwości zgodnie z predefiniowanym wzorcem przeskoków 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 9
Modulacja FSK (ang. Frequency Shift Keying) Każdy symbol binarny reprezentuje inną częstotliwość f1 i f2 Często korzysta się z wartości względnych, odniesionych do częstotliwości nośnej fc, tzn. f1 = fc fd oraz f2 = fc + fd 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 10
Modulacja GFSK (ang. Gaussian Frequency Shift Keying) Problemem FSK jest przełączanie częstotliwości idealnym rozwiązaniem byłoby zapewnienie ciągłości fazy. Nieciągłości powodują generowanie znacznych ilości energii pozapasmowej. W GFSK do filtrowania sygnału przy zmianie częstotliwości używa się filtru Gaussa. Stosuje się też GFSK z większą liczbą częstotliwości, przykład: Wykorzystanie 4 symboli (2 bity) do mapowania częstotliwości 10 11 01 00 fc + fd2 fc + fd1 fc fd1 fc fd2 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 11
Rozpraszanie widma metodą sekwencji bezpośredniej PN Code kod pseudolosowy Każdy bit jest zastępowany lub rozstawiany przez kod rozpraszania szerokopasmowego. Strumień bitów danych jest przekształcany na strumień porcji (ang. chip). 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 12
Modulacja BPSK (ang. Binary Phase Shift Keying) Najprostsza forma modulacji PSK, w której faza może przyjmować jedną z dwóch wartości przesuniętych względem siebie o 180 reprezentując logiczne 0 lub 1. 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 13
Modulacja BPSK (ang. Binary Phase Shift Keying) Konstelacja BPSK Mapowanie symboli (ang. Symbol Mapping) często jest przedstawiane w kartezjańskim układzie współrzędnych, z komponentami fazowymi (ang. in-phase) na osi x oraz z komponentami kwadraturowymi (ang. quadrature, q-phase) na osi y, co w efekcie daje tzw. konstelację. 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 14
Modulacja QPSK (ang. Quadrature Phase Shift Keying) 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 15
Modulacja QPSK (ang. Quadrature Phase Shift Keying) Konstelacja QPSK 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 16
Modulacja O-QPSK (ang. Offset Quadrature Phase Shift Keying) różnica z QPSK polega na przesunięciu bitów pochodzących z ciągu wejściowego, w kanale Q o T/2 względem bitów w kanale I 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 17
Modulacja O-QPSK (ang. Offset Quadrature Phase Shift Keying) Porównanie QPSK O-QPSK 2011-12-09 Zygmunt Kubiak IIPP 18