Modulatii utilizate in comunicatii de date

Modulatii utilizate in comunicatii de date
    7.5.1. Generalitati despre modulatie

    Modulatia este operatia de transmitere a semnalului modulator, generat de informatie, intr-un alt semnal, numit semnal modulat. Semnalul modulat contine intreaga informatie cuprinsa in semnalul modulator. Cu notatiile g(t) - semnal modulator si S_M (t) - semnal modulat se poate scrie: S_M (t) = M  unde M  este operatorul asociat modularii.
Prin modulare se realizeaza:
- adaptarea la conditiile particulare ale canalului de comunicatie. Exemplu: la o transmitere radio se urmareste translatarea spectrului de j.f. al semnalului modulator in jurul unei frecvente radio, astfel incat puterea radiata de antena sa fie suficienta;
- multiplexarea care permite utilizarea aceluiasi mediu de transmisie pentru mai multe comunicatii, fara a se amesteca si perturba reciproc;
    Modulatia se mai clasifica:
-modulatie analogica, care realizeaza modificarea parametrilor unui semnal numit purtatoare in ritmul valorilor instantanee ale semnalului modulator.
Semnalul modulator poate fi de natura analogica sau digitala iar purtatoarea poate fi o sinusoida sau un tren periodic de impulsuri;
-modulatia numerica (digitala) opereaza o conversie a semnalului analogic intr-un semnal digital utilizand esantionarea si cuantizarea semnalului primar. Ca rezultat semnalul digital este reprezentabil printr-un cod si caracterizat prin debitul binar (bit/s).

    7.5.2. Modulatia de amplitudine (ASK): definitie, clasificare
In functie de banda transmisa din spectrul semnalului modulat sunt mai multe variante ale ST cu M A:
- cu doua benzi laterale sau cu o banda laterala dubla (BLD);
- cu banda laterala unica (BLU);
- cu banda laterala reziduala (BLR);
- cu modulatie de amplitudine in cuadratura (MAQ).
    Din punct de vedere al utilizarii eficiente a benzii de frecvente sistemele BLD sunt aproximativ echivalente cu sistemele MF. Daca se transmite si purtatorul, ponderea semnalului util (BL) din puterea totala transmisa se reduce si este posibila detectarea necoerenta. Echipamentul de receptie, in consecinta, este mai simplu, insa acest avantaj reduce protectia la zgomot.
    Sistemele BLU asigura cea mai eficienta utilizare a benzii canalului dar, deoarece semnalul modulator are componente de frecventa joasa, este dificil de eliminat prin filtrare una din benzile laterale care rezulta dupa modulatie, fara a o afecta pe cealalta.
    Sistemele BLR permit realizarea unui compromis intre eficienta utilizarii benzii de frecventa si posibilitatea eliminarii partiale a unei benzi laterale.
    In sistemele MAQ, semnalul transmis este obtinut prin insumarea a doi purtatori in cuadratura ce au aceeasi frecventa insa sunt modulatii de doua mesaje diferite.
    Convertorul D/A transforma datele intr-un semnal binar sau multinivel in banda de baza. Semnalul este aplicat unui FTJ cu functia de transfer T(w ) care are rolul de a limita spectrul de frecvente al mesajului la o frecventa mai mica decat cea a purtatorului precum si de formare in vederea reducerii interferentei simbolurilor.

Fig.7.8. Schema bloc generala a unui sistem MA

Modulatorul realizeaza o inmultire a componentelor spectrale a semnalului format de FTJ cu un purtator sinusoidal, fiind un modulator de produs. FTB cu functia de transfer H(w ) limiteaza spectrul de frecventa al semnalului modulat, eliminand fie partial, fie complet, una din benzile laterale.
    Canalul de comunicatie intervine prin caracteristica sa de transfer C(w ). La receptie un filtru cu functia de transfer R(w ) elimina componentele zgomotului aflate in afara benzii semnalului util. Dupa detector, un FTJ cu functia L(w ) elimina componentele rezultate in procesul de detectie, situate in jurul armonicii a doua a purtatorului.
    Deoarece MA translateaza spectrul de frecventa din BB in BLS si BLI iar detectia coerenta translateaza fiecare BL in pozitia din BB, criteriile Nyquist pentru eliminarea interferentei simbolurilor pot fi aplicate fiecarei BL.
    Deoarece componentele ce rezulta dupa detectie de la cele doua BL se aduna, se pot efectua modificari complementare arbitrare in caracteristica de transmisie trece banda. Caracteristica de transfer a sistemului echivalent in BB este H_e(w ) definita de relatia:
H_e (w ) = ,

D₁(w ) si D₂ (w ) fiind transformatele Fourier ale semnalelor in BB de la emisie, inainte de formare si de la receptie dupa FTJ.
    Reprezentarea grafica a modulatiei ASK este realizata in fig. 7.10

Fig. 7.10 Reprezentarea grafica a semnalelor MA
    Semnalul MA poate fi obtinut prin inmultirea mesajului g(t) cu purtatorul sinusoidal si trecand rezultatul printr-un filtru cu functia de pondere h(t).
FTB poate fi folosit si pentru formarea semnalului insa se va considera ca semnalul modulator (in BB) este format, rolul filtrului fiind acela de a obtine timpul de modulatie dorit (BLD, BLU, BLR).

Fig.7.11 Schema bloc a unui modulator

Expresia semnalului generat este:

s(t) =  cosw_pt + sinw_pt.
    Daca functia pondere h(t) a FTB o socotim echivalenta cu functiile pondere h₁(t) si h₂(t) ale unui FTJ iar g(t) h₂ (t) pot fi interpretate drept componenta in faza a semnalului modulat respectiv componenta in cuadratura, se poate sugera schema de generare a semnalului modulat in care sunt folosite doua filtre trece jos si doua modulatoare de produs.

Fig.7.12 Schema bloc reprezentand un alt mod de generare a semnalului MA.
A Modulatia cu doua benzi laterale (BLD)
    Pentru acest tip de modulatie filtrul h(t) poate fi un FTB avand ca functie pondere functia d (t).
    Semnalul modulat are expresia:
s(t) =  = g (t) cosw_pt.

Daca semnalul modulator g(t) are o componenta de curent continuu:

g₀ =  in spectrul semnalului modulat s(t) va aparea o limita spectrala de frecventa purtatorului. Daca g₀=0, in semnalul modulat purtatorul este suprimat.
    Pentru transmiterea mesajului continut in semnalul modulat este suficient sa se transmita o singura BL, deci sistemul BLD este un sistem redundant, ce ocupa o banda de frecventa mult mai mare decat cea necesara.

    B. Modulatie BLU
Un semnal MA cu BLU ocupa o banda de frecventa egala cu a semnalului modulator.
Schema de generare a semnalelor BLU.
Expresiile analitice ale celor doua benzi laterale sunt:
si

    Cele doua expresii corespunzatoare benzii laterale inferioare si benzii laterale superioare conduc la schema din figura

Fig. 7.13. Schema de generare a semnalelor BLU
C. Modulatia de amplitudine in cuadratura.
Schema bloc este reprezentata in figura 7.14

Fig. 7.14. Schema bloc a modulatorului MA in cuadratura

    Semnalul MAQ poate fi exprimat:
q(t) = x₁(t) cosw_pt + x₂(t)sinw_pt, unde x₁(t) si x₂(t) sunt semnalele in BB emise de doua surse de date independente si care moduleaza fiecare cate un purtator, cei doi purtatori avand aceeasi frecventa dar defazati intre ei cu 90⁰.

    D. Demodularea semnalelor M.A. ( fig. 7.15)

Fig. 7.15. Demodularea semnalelor modulate in amplitudine

    Exista doua metode: detectia coerenta si detectia necoerenta.
    Detectia coerenta presupune existenta unui purtator local sincron si sinfazic cu purtatorul receptionat.
    Detectia necoerenta (de infasuratoare) este aplicata numai semnalelor BLD cu purtator, adica acelor semnale modulate a caror infasuratoare reprezinta semnalul modulator si detectia coerenta.
    Daca purtatorul local are o eroare q fata de purtatorul receptionat se va obtine:
s_d (t) =  x(t) cos q + y(t) sin q ] .
    Pe langa componenta ce contine mesajul si care depinde de eroarea q , apare o componenta care poate fi interpretata ca distorsiune introdusa prin detectie si care se manifesta ca interferenta a simbolurilor. Eroarea q trebuie minimizata.

    7.5.3. Modemurile MA (ASK)
    Modemul genereaza un semnal analogic care este modulat in frecventa, faza si/sau amplitudine pentru a reprezenta datele binare (0 si 1). Un modem realizeaza la receptie conversia semnalului analogic in semnalul digital.
    MODEM opereaza in mod duplex, cu comunicatie simultana in ambele sensuri (emisie si receptie), sau in mod semi-duplex daca comunicatia in cele doua sensuri de emisie si receptie este separata in timp.
    Transmisia datelor poate fi realizata asincron sau sincron. Transmisia asincrona de date seriale este cunoscuta si sub numele de transmisie de date start-stop.
    Se foloseste pentru viteze de transmitere sub 200 b/s. Controlul transmisiei corecte a datelor se poate realiza prin bitul de paritate.
    Transmisia sincrona de date seriale nu are biti de start si de stop, ceea ce permite viteza de transmitere a datelor. Din punct de vedere al sincronizarii se disting transmisiuni sincrone cu sincronizare pe bit, cadru si multicadru.
    Recomandarile ITU-T in vigoare prevad aplicarea modulatiei de amplitudine in CD pe circuite utilizand latimea de banda a unui grup primar (60-108Khz) din sistemele telefonice de curenti purtatori, vitezele de transmitere recomandate sunt de 48, 56, 64 si 72 Kb/s (aviz V.36) sau 96, 112, 128, 144, 169 Kb/s (aviz V.37).
    Se utilizeaza MA-BLU, frecventa pilotului fiind de 100 KHz. Pentru reconstituirea purtatorului la receptie se recomanda transmiterea unui pilot de frecventa egala cu cea a purtatorului.
MA - BLU permite o utilizare mai eficienta a benzii de frecvente cu MA - BLR. Obtinerea semnalului MA-BLU in C.D. este dificila din cauza ca semnalul modulator are componente importante de frecvente foarte joase si eliminarea completa a unei BL este insotita de distorsiunea celeilalte benzi in apropierea frecventei purtatorului.
    Formarea semnalului modulator corespunzator unei caracteristici spectrale cu raspuns paralel de tip trece banda, asa cum recomanda avizele V.36 si V.37, simplifica problema eliminarii unei benzi laterale, insa duce la scaderea protectiei fata de zgomot.