MONITILAISET TIEDONSIIRTOMENETELMÄT TÄRKEIMPIEN ASIOIDEN KERTAUS 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto M-tilaisilla yhdellä symbolilla siirtyy k = log2M bittiä. Symbolivirhetn. sasketaan ensin ja sitten kuvaussäännöstä riippuvalla muunnoskaavalla bittivirhetodennäköisyys. Kaistanleveys määrää maksim. symbolinopeuden. RB = kRS = log2MRS. 4-tilaisia kvadratuurimultipleksoituja menetelmiä ovat QPSK, OQPSK, MSK ja GMSK. Niiden bittivirhetodennäköisyys Gray-koodausta käytettäessä on sama kuin BPSK:lla samalla bittinopeudella, mutta 3 dB huonompi samalla symbolinopeudella. MSK voidaan toteuttaa joko vaihekvadratuurisesti tai sarjamuodossa lisäämällä BPSK-modulaattorin lähtöön sopiva konversiosuodatin. Suorituskyky on sama kuin kvadratuurisella MSK-menetelmällä, mutta se on helpompi toteuttaa suurilla datanopeuksilla. M-tilaiseen modulaatioon liittyy signaaliavaruuden käsite. MPSK- ja QAM- modulaatioilla dimensio on 2 ja MFSK:lla se on yleensä M. MFSK-modulaatiota sanotaan ortogonaaliseksi modulaatioksi (voi olla joko koherentti tai epäkoherentti). 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto 2D-avaruudenssa (esim. MPSK ja QAM) PS kasvaa kun M kasvaa, koska symbolien eukliidinen etäisyys pienenee, ellei lähetystehoa (symbolien amplitudeja) samalla lisätä. Kaistanleveys säilyy samana. Ovat kaistarajoitettuja järjestelmiä. MFSK:lla suorituskyky puolestaan paranee vakio-EB/N0 -arvolla M:n kasvaessa kaistanleveyden kustannuksella, koska ES/N0-arvo kasvaa pienentäen PS-arvoa. Nämä ovat tehorajoitettuja järjestelmiä. 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto MPSK-järjestelmän virhetodennäköisyys (SEP) kasvaa M:n kasvaessa vakio EB/N0 –arvolla, koska symbolien välinen etäisyys pienenee. 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto MFSK-järjestelmän virhetodennäköisyys (PS ja PB) pienenee M:n kasvaessa vakio EB/N0 –arvolla, koska ES/N0 –arvo kasvaa parantaen symbolien ilmaisun luotettavuutta. EB/N0 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto 90%:n tehoa vastaava kaistanleveys on karkeasti noin 1/Tb Hz QPSK, OQPSK ja MSK-modulaatioille ja 2/Tb Hz BPSK-modulaatiolle. Hajaspektritekniikalla (SS) voidaan vaimentaa tehokkaasti häiriön tai tahallisen häirinnän vaikutusta (esim. sotilasjärjestelmät). Mahdollistaa muiden käyttäjien toimimisen samalla kaistalla ja keskitaajuudella (CDMA-periaate). DS-SS kätkee lähetteen taustakohinan alle ja sillä voidaan mitata etäisyys tarkasti (esim. GPS-järjestelmä). DS-SS -järjestelmässä jo datamoduloitu signaali moduloidaan uudelleen informaatiosta riippumattomalla suurinopeuksisella valesatunnaisella hajotuskoodilla. FH-SS -järjestelmässä valesatunnainen koodi ohjaa syntetisaattorin lähetystaajuutta leveällä hyppykaistalla. Hyppely voi olla hidasta (SH-FH, bitin aikana ei hypätä uudelle taajuudelle) tai nopeaa (FH-FH, bitin aikana hypätään monelle taajuudelle). Aikakehysrakenteen vaativa aikahyppytekniikka (TH) on analoginen FH-tekniikalle. Hybriditekniikat: DS-FH, DS-TH, FH-TH, DS-FH-TH. 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto Kun käytössä on AWGN-kanava ja ideaalinen synkronointi, DS–SS:n virhetodennäköisyys ei eroa hajottamattomasta AWGN-kanavan tapauksesta. Se vaimentaa tehokkaasti vain muita häiriötyyppejä. Ilmaisuvahvistus kuvaa tarvittavan kaistanleveyden ja informaation kaistanleveyden suhdetta. Tyypillisesti ilmaisuvahvistus 100...1000. DS:n tapauksessa se on chippi- ja bittinopeuksien suhde. SS-tekniikka tarvitsee synkroinnit: koodinetsintä ja -seuranta. Solukkoradiojärjestelmiä: NMT (1G, ’80-luku), GSM (2G, ’90-luku), UMTS/WCDMA (3G, 2000-luku). Eräänlaisia 2,5G -järjestelmiä ovat GPRS ja EDGE (GSM:n evoluutiotekniikat nopeuden lisäämiseksi). 4G (2010-luku) perustuu 3G:n LTE-A –evoluutiotekniikoihin. Matkapuhelinsovelluksissa monitie-etenemisestä aiheutuva häipyvä radiokanava on ongelmallinen. Kanavan stokastiset mallit: Rayleigh, Rice, log-normaali (+AWGN). Kanavan tilastolliset ominaisuudet on tunnettava järjestelmä-suunnittelun kannalta, ja ne on tarvittaessa mitattava. 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015
Yhteenveto Huonoihin (häipyviin) monitiekanaviin kannattaa soveltaa epäkoherentteja menetelmiä. Alla (a)-kuvassa epäkoherentin vastaanottimen analyyttinen malli verhokäyrän & suorituskyvyn laskemiseksi. Käytännön toteutus (b)-kuvassa. 521361A Tietoliikennetekniikka II Osa 18 Kari Kärkkäinen Syksy 2015