Modulator-demodulator discrete multi-tone (DMT) ce folosește procesorul de semnal ADSP Blackfin

1. MODULATIA DMT (DISCRETE MULTI TONE)

1.1. Modulaţia Discrete Multi-Tone (DMT)

Principiul DMT:

Transmisie cu purtatoare unica

Faţă de transmisia cu purtătoare unică, unde fluxul de date se transmite serie pe o singură purtătoare, iar durata bitului este T, într-o transmisie OFDM pe N subpurtatoare fluxul de date se distribuie în paralel pe cele N subpurtatoare, prin această operaţie durata bitului transmis pe o subpurtatoare crescând de N ori la valoarea NT.

Transmisie multipurtatoare

Variantele OFDM implică fie folosirea de spectre limitate ca bandă prin filtrare, pe fiecare subpurtatoare, care nu se suprapun, fie spectre cu suprapunere care sunt mai eficiente din punct de vedere al utilizării benzii. În acest din urmă caz, separarea canalelor fără interferenţe intercanal se face utilizând proprietatea de ortogonalitate a subpurtatoarelor. Un prim avantaj al tehnicii OFDM este acela că utilizează în mod eficient banda avuta la dispoziţie, având în vedere că spectrele componente se suprapun, dar semnalele pot fi separate datorită ortogonalităţii subpurtatoarelor.

Canalele radio, datorită fenomenelor de multi-path , Doppler , fading, jitter de fază şi zgomotelor puternice, oferă adeseori transmisiei digitale o calitate slabă. Soluţia tehnică actuală privind modularea semnalului astfel ca sistemul să lucreze efficient cu semnale afectate de distorsiuni puternice este OFDM.

Principiul de bază este acela al divizării informaţiei de viteză mare în fluxuri de viteză mică şi transmiterea acestora utilizând un număr mare de subpurtatoare ortogonale. Se urmăreşte asigurarea unor viteze de transmisie ridicate, simplificând cerinţele impuse circuitelor de egalizare, acolo unde este posibil. Această tehnică este cunoscută şi sub denumirile de purtătoare multiple ( multi-carrier) sau modulaţie DMT ( Discrete Multi-Tone modulation).

Figure 1 1 Schema de principiu a unui modem DMT

1.2. Implementarea unui modulator DMT

Un sistem tipic de comunicaţii primeşte date, realizează câteva procesări şi translatări de frecvenţă, transmite datele şi realizează operaţiunile inverse la recepţie. Într-un sistem de comunicaţie digital, semnalul de intrare în modem este un semnal digital de la o sursă digitală sau de la un codor de canal. Dacă, totuşi, semnalul de intrare în modem este generat de o sursa analogică de informaţie, semnalul trebuie mai întâi limitat într-o bandă B înainte ca eşantionarea să aibă loc. Conform teoriei fundamentale a lui Nyquist frecvenţa de eşantionare trebuie să fie mai mare sau egală cu dublul lărgimii benzii B, fs≥2B. Dacă această condiţie este îndeplinită, semnalul original cu bandă limitată poate fi refăcut din eşantioanele sale cu ajutorul unui filtru trece-jos având frecvenţa de tăiere de valoare B.

1.2.1. Conversia analog-digitală

Convertorul analog-digital preia semnalul cu spectru limitat ce se doreşte a fi transmis şi îl digitizează prin coversia nivelului fiecărui eşantion la un nivel discret. De exemplu, într-un convertor pe 8 biţi. Fiecare nivel discret este reprezentat de opt biţi de ieşire. Acest lucru furnizează o rezoluţie de 256 de niveluri digitale distincte. Comportamentul ADC-ului este prezentat în figura 1.8, unde un semnal analogic tipic este desenat în paralel cu echivalentul său digitizat, folosind un număr mic de biţi de cuantizare.

Figure 1 2 Semnal analogic - Semnal digital

Diferenţa majoră dintre sistemele de comunicaţie digitală şi sistemele tradiţionale analogice este tehnica transmisiei semnalului. Într-un sistem radio analog, semnalul ce va fi transmis este modulat direct, de obicei printr-o simplă multiplicare a semnalului de date cu purtătoarea. Pe de altă parte, sistemele digitale trebuie să incorporeze metoda de modulaţie care pot să mapeze datele de intrare cu o purtătoare. Avantajul folosirii tehnicii digitale mai sofisticate este că legătura digitală poate fi realizată fără erori prin intermediul procesării de semnal, în timp ce sistemele analogice zgomotul termic inerent echipamentelor întotdeauna cauzează erori şi, astfel, pierderi de informaţie.

1.2.2. Maparea

Procesul de mapare între biţii de informaţie şi simbolurile ce vor modula purtătoarele I şi Q joacă un rol fundamental în determinarea proprietăţilor modemului. Maparea poate fi realizată cu ajutorul digramei de constelaţie.

Constelaţia este reprezentarea grafică bidimensională într-un sistem de axe cartezian a nivelurilor I şi Q corespunzătoare fiecărui punct ce poate fi transmis.

Pentru o modulaţie simplă binară de amplitudine, constelaţia ar fi formată din două puncte, ambele plasate pe axa x pozitivă. Pentru o modulaţie BPSK (Binary Phase Shift Keying), constelaţia ar consta de asemenea din două puncte pe axa x, dar de această data plasate la distanţe echidistante de origine, unul în partea stângă şi unul în partea dreaptă. Punctul situat în stânga corespunde unei defazări cu 180o . Dacă permitem defazări diferite de 0 şi 180 de grade, atunci punctele constelaţiei „sar” de pe axa x. Aceste puncte sunt considerate a avea şi amplitudine şi fază, amplitudinea reprezentând mărimea purtătoarei transmise şi faza reprezentând defazarea purtătoarei faţă de oscilatorul local al transmiţătorului. Punctele din constelaţie au coordonate carteziene, sau complexe, care sunt de fapt componentele în fază (I) şi în cuadratură (Q), corespunzătoare axelor x şi respectiv y.