1. Wat is het voor- en nadeel van digitale modulatie en wat bedoelt men met digitale compromis?

Transcriptie

1 Zwarte vragen voor iedereen. rode vragen voor de groep zelf die het opzoekwerk gedaan heeft. 1. Wat is het voor- en nadeel van digitale modulatie en wat bedoelt men met digitale compromis? Voor: Vergroten van de informatiecapaciteit Veiliger data overdracht Betere kwaliteit van overdracht Probleem: Beschikbare bandbreedte Toegelaten vermogen Ruisniveau van het systeem Digitale Compromis: Bij eenvoudige schakelingen heb je meer bandbreedte nodig. Bij ingewikkelde schakelingen minder bandbreedte! Eenvoudige modulatie is meestal beter qua storingsgevoeligheid. Ingewikkelde modulatie vereisen meestal betere signaalruisverhouding. 2. Vergelijk scalaire, vectoriële en tijdsveranderlijke modulatie en vanwaar komt deze term (aantonen met een voorbeeld). Vroeger scalaire modulatie: AM, FM, Nu vectoriële modulatie: QAM, FSK, (Q)PSK Evolutie naar tijdsvariabele modulatie: TDMA, CDMA : differentiëring gebeurt op tijdsverschil of op code verschil.

2 3. Wat is PAM, PDM en PCM en bespreek de transferfunctie voor PCM, leg de werking van PCM aan de hand van een blokschema van de MT96xx (wordt gegegeven!). PAM : de amplitude van de puls is evenredig met het genomen sample nadeel zeer storingsgevoelig PDM: de amplitude van de puls is constant maar de dutycycle is evenredig met de grootte van het sample. Storingsgevoeligheid is verbeterd maar is er nog altijd omdat we tijdsduurvervorming kunnen hebben! PCM: de grootte van het sample wordt nu vertaald naar een code. Hierdoor is de storingsgevoeligheid sterk verbeterd omdat de ontvanger enkel naar de code kijkt en vervormde pulsen nog altijd herkenbaar zijn. Voorbeeld MT896XX ( gegeven ): Analoge signalen komen binnen op pin Vx en worden gesampled op 8 khz (analog to digtal PCM encoder) na filtering (transmit filter). Deze conversie gebeurt logaritmisch volgens standaard wetten: in Europa A-law in Amerika µ-law. PCM code komt dan naar buiten op DSTo als 8 bit serieel signaal. Analoog komt de PCM code binnen op DSTi en wordt omgezet naar analoog signaal dat buiten komt op Vr. A/D - D/A conversie gebeurt volgens het succesive approximation principe. Bandbreedte wordt beperkt tot 3,4 khz door herhaalde filtering van het switched capacitor principe.

3 4. Bespreek de transcodering bij PCM. Unipolaire code heeft als nadelen: Gemiddeld vermogen is zeer groot. Er ontstaat (bij veel nullen) een DC verloop zodat de ontvanger niet meer kan synchroniseren. Bij veel nullen is er geen timing info meer er ontstaat jitter AMI (alternative mark inversion) verhelpt het probleem van DC door opeenvolgende 1 invers te genereren nadeel van de reeks nullen blijft! B6ZS & B8ZS (Bipolar 6/8 zero substitution) voor Noord Amerika. En HDB3 High Density Bipolar 3 voor Europa lossen dit op. Extra info: B6ZS en B8ZS worden ook BNZS codes genoemd waarbij N staat voor het aantal nullen waarvoor ingegrepen wordt.naargelang de polariteit van voorgaande puls wordt er anders gesubstitueerd. Bij HDB3 wordt dit voor 4 nullen gedaan (vandaar de 3= max. 3 nullen)

4 5. Bespreek de werking van een PCM transcoder aan de hand van een gegeven blokschematische voorstelling en vul dit schema aan met externe componenten tot een volwaardig werken schema. Het signaal van de codec komt binnen als NRZ code op NRZ DATA in en gaat via de transmitter/encoder buiten als RZ codes op OUT1 &2. Om er een ternair signaal van te maken wordt OUt1 en Out2 extern gecombineerd bvb. Met 2 transistoren. Het ternair signaal wordt extern via een verschilversterker uitgesplitst in 2 unipolaire signalen die toekomen op Ain en Bin via de switch gaan ze dan naar de receiver/decoder die er terug NRZ signaal van maakt

5 6. Bespreek de overgang van PCM naar TDM. Bit en Framestructuur van PCM nr TDM Bit codering: eerste bit (MSB) geeft het teken aan (positief of negatief signaal) de 3 volgende het nummer van de koord de laatste 4 de stap binnen de koord. Speciaal voor 0 is er geen code bij A-law terwijl er voor µ-law 2 codes zijn. Het verschil zit in de overgang rond het nulpunt : verticaal voor A law, horizontaal voor µ-law. Bij het A-law systeem worden er 32 8bits PCM woorden samengevoegd tot 1 frame van 125 µs. In werkelijkheid worden slechts 30 kanalen van informatie voorzien. De eerste 8 bits (CH0) wordt gebruikt voor synchronisatie en alarm, CH16 wordt gebruikt voor signalering. Bij µ law zijn er 24 kanalen van 8 bits en 1 extra bit voor synchronisatie

6 7. Leg duidelijk het verschil uit tussen coherente en niet coherente detectie en situeer dit bij ASK, of FSK of PSK. Bij ASK: Coherente detectie of synchroondetectie: het ontvangen signaal wordt bewerkt met een lokale drager met zelfde frequentie en fase. X () t = s() t Acos( 2πf ct) k cos( 2πf ct) 2 = Aks() t cos ( 2πf ct) = Aks() t ( 1+ cos( 4πf t) ) c Niet coherente detectie: Detecteren zonder drager. Eenvoudige detectie met omhullingsdetector

7 Bij FSK detectie ( coherent ): Niet coherent: FSK detectie kan ook gebeuren via een FM detector of PLL systeem. Dit detectiesysteem met filters is echter het beste als doorlaatfilters perfect aangepast zijn aan respectievelijk mark en space frequentie. Als ze te breedbandig zijn zal er teveel ruis doorkomen als ze te smalbandig zijn ontstaat er interferentie met vorige informatie of symbolen men noemt dit ISI inter symbol interference. In eenvoudigste vorm kan men via een gewone comparator mark en space onderscheiden. Dit geeft echter problemen bij selectieve verzwakking of fading. Een oplossing hiervoor is om het gemiddelde te nemen van de detectoren en dit als referentie te gebruiken voor vergelijking.

8 8. Bespreek zo volledig mogelijk ASK Amplitude shift keying: Komt er op neer dat op ritme van het digitaal signaal een dragerfrequentie al of niet doorgelaten wordt. Vandaar de naam: OOK = ON Off Keying. Vergelijkbaar met het morse systeem ASK golfvorm: Bovenste = ideaal Onderste = vervorming door beperkte BB.

9 AFSK spectra: frequentiespectrum Vermogenspectrum

10 9. Bespreek zo volledig mogelijk FSK Frequency shift keying: S S 1 2 () t = Acos( 2πf 1t) () t = Acos( 2πf t) 2 oscillatoren 2 S S 1 ( t) = Acos( 2π ( fc Δf ) t) () t = Acos( 2π ( f + Δf ) t) 2 c Gemod oscil met verschilfreq. Normaal wordt een 1 (mark) door de hoogste frequentie en een 0(space) door de laagste frequentie vertegenwoordigt FSK spectra: Δf >>> rb Bandbreedte ongeveer 2 Δf Onderste figuur: Δf < rb Bandbreedte = 2rb

11 10. Wat betekenen de termen GFSK, CCSK, PSK31, CPM, I/Q principe(korte uitleg geven) GFSK: Gaussian Frequentie shift keying Werkt zoals FSK met dit verschil dat het modulerend laagfrequent door een gausfilter passeert zodat de overgangen zachter worden. Het gevolg is dat het spectrum veel smaller is. GFSK wordt toegepast in Bluetooth chips en in DECT. Voorbeeld SA639 van Philips Transmitter IC voor OOK/ASK/FSK/GFSK : ADF7010 (Analog devices) CCSK: Convolutional code shift keying Code gebruikt in DSSS direct spread spectrum Het is een M-ary shift keying waarbij gemoduleerd wordt met een frequentie die cyclisch verschoven wordt. Wordt gebruikt bij wireless lans I/Q principe: Als zowel fase als amplitude gemoduleerd wordt kunnen we dit als een vector voorstellen

12 Blokschema: Het laagfrequent wordt in de 90 hybrid opgesplitst in een sinus & cosinus functie Het hoogfrequent wordt in fase uitgesplitst. De mengproducten zijn het I en Q signaal Gebruikt voor: I/Q fasedetector, I/Q modulator, fasecomparator, QPSK (quadratuur fase shift keying) modulator/demodulator, quadratuur generator/fasedetecor, Quadratuur modulator/demodulator, Quadratuur IF mixer, Vector modulator. In combinatie met externe passieve componenten kunnen we hiermee een SSB modulator, fase correlator of PLL maken.

13 11. Bespreek zo volledig mogelijk PSK PSK: Phase shift keying Hier wordt de fase van een sinus gewijzigd. Voor digitale systemen gebeurt dit op 180 : we krijgen een fasesprong bij overgang Daarom spreken we ook van PRK: phase reversal keying Formules voor PSK

14 Vector of constellatiediagram: Nadeel van het PRK systeem is dat door de twee mogelijkheden omwisseling kan gebeuren als om een of andere reden het signaal gedraaid wordt in de communicatie waarbij men niet meer kan uitmaken wat 1 of 0 is. Voor PRK:

15 12. Bespreek QPSK, werking, spectrum, modulatie en demodulatie Het signaal verschuift in stappen van 90 van 45 naar 135 naar -45 en -135 Bij het gebruik van het filter ontstaat er scattering in het constellatie diagram door afwijkingen in de filtering. Wordt veel gebruikt in CDMA communicatie, wireless local loop, Irridium satelliet en DVB- S. Nen Modulator:

16

17 13. Bespreek en vergelijk met QPSK de afgeleiden ervan: DPSK, pi/4 DPSK, OQPSK, PSK31. DPSK: Differential Phase shift keying Een 1 geen telkens een fase sprong terwijl een nul geen reactie geeft. Bij DQPSK geeft 00 0, 01 90, en Een ander oplossing voor regeneratie van de drager te vermijden is differentieel te werken men gaat enkel wijzigingen tegenover de vorige fase gaan bekijken.

18 Pi Over 4DPSK Gebruikt 2 QPSK installaties met een offset van 45. Overgangen moeten gebeuren van de ene constellatie naar de andere. Daardoor is er steeds een fase overgang zodat klokregeneratie eenvoudiger verloopt Terug is er geen overgang door nul wat goed is van de eindversterkers van de zender. OQPSK Principe: het Q signaal wordt 1 bit (1/2 symbool) vertraagd. Voordeel kleinere wisselingen op het signaal minder strenge eisen voor lineariteit van versterkers 3dB verschil t.o.v.30 à 40 db.

19 PSK 31: Speciaal geval van PSK waarbij zeer smalbandig gewerkt wordt (31 Hz). Typisch gebruikt in zendamateurmiddens met een baud rate van 31,5 Hz. Door de speciale codering waarbij veel voorkomende symbolen korter voorgesteld worden dan weinig voorkomende kan men hiermee een snelheid halen van 50 wpm Programma is op PC of processor lopend met minimale hardware.

20 14. Geef werking, modulatie en demodulatie van QAM en verband met QPSK. De afstand tussen de symbolen voor 16 QAM is kleiner dan voor QPSK maar beter dan 16 PSK (symbolen liggen op een cirkel). Gevolg: de foutkans (BER) ligt ook tussen beide hoe kleiner de afstand hoe groter de kans op fouten! 16 QAM en meer zullen dan ook maar goed functioneren in zeer goed communicatie omstandigheden. QAM modulator:

21 15. Hoe werkt PPM en wat is het grote nadeel Pulse Position Modulation: Principe verschillende bitwaarden stemt over een met een verschillende tijdsduur van 1 puls. Nadeel van het systeem is niet bestand tegen multipad interferentie is dus onbruikbaar voor draadloze overdracht. Wordt enkel gebruikt voor optische overdracht

22 16. Wat is het principe en nut van trellis codering? Trellis codering heeft de bedoeling om de capaciteiten van QAM te verhogen door de meer niveaus te koppelen aan foutcontrole Door te maken dat slechts een beperkt aantal overgangen mogelijk zijn ziet men de foute codes. Ook bij modems wordt hetzelfde principe gebruikt waardoor de snelheid veel groter werd.

23 17. Bespreek de spread spectrum methodes en leg hierbij duidelijk uit wat chipping codes zijn. DSSS direct sequence spread spectrum Wordt toegepast in CDMA. De data bit stroom wordt gecombineerd met een bit code van hogere snelheid de chipping code. Enkel door terug te combineren met de juiste code kan het origineel afgezonderd worden. Door de redundantie van de chipping code is foutherstel mogelijk FHSS: frequency hopping spread spectrum Door snel van frequentie te veranderen wordt het moeilijker om het signaal te onderscheppen Spread spectrum signalen gebruiken de volledige band Radio interferentie is veel kleiner. Gebruikt in Bluetooth als adaptive FHSS. Bandbreedte efficiëntie

24 18. Bij GMSK spreekt men van 1- GMSK, 2-GMSK tot 4- GMSK leg uit, geef de gevoeligheid voor ISI en wat is het verband met OQPSK? Wat is in dit verband het begrip BT waarde? GMSK (Gaussian minimum shift keying): Algemeen: Het basisprincipe van GMSK modulatie is hetzelfde als van MSK maar hier word een filter toegevoegd om de bandbreedte te verkleinen. De filter noemt pre-modulatie filter en zal de plotse faseovergangen afvlakken. Werking: het grondsignaal wordt eerst van 0 en 1signalen naar -1 en +1 gebracht. Daarna wordt het zo gefilterd dat de hoekige +1 /-1 signalen omgevormd worden naar gaussian gevormde signalen. Dit signaal wordt dan frequentie gemoduleerd met als resultaat een GMSK signaal. Als de gaussian signalen elkaar niet overlappen spreken we van 1-GMSK als ze 50% overlappen spreken we van2-gmsk en zo voort. Gebruik: Deze modulatietechniek wordt vooral gebruikt bij GSM netwerken. Besluit: Hoge spectrum efficiëntie Meer vermogen nodig dan andere data overdrachttechnieken. (bv: QPSK)