16.10 Altre possibilità
Diamo un accenno ad altre tecniche di modulazione numerica, che non sono state sviluppate in questo capitolo.
Una variante del
qpsk detta
oqpsk, in cui la temporizzazione dei rami
i e
q viene
sfasata di metà del periodo di simbolo, in modo che la fase dell’inviluppo complesso non vari per più di
π⁄2 ogni
Ts, e dunque il modulo dell’inviluppo complesso non può più annullarsi: ciò si traduce in una dinamica delle ampiezze ridotta, riducendo così i problemi legati alla distorsione non lineare (§
8.3).
Un’altra variante del
qpsk, in cui ogni simbolo viene mappato
alternativamente su due costellazioni
qpsk ruotate di
π⁄4, in modo che i possibili salti di fase tra simboli contigui possono essere di
±45 ° e
±135 ° anziché
90 e
180 come nel
qpsk. L’alternanza tra le due costellazioni avviene in base ad una modulazione differenziale, realizzata associando ad ogni simbolo la rotazione riportata in tabella. La trasmissione può quindi essere ricevuta adottando un ricevitore in fase e quadratura, dato che per decidere il simbolo ricevuto non è necessario un riferimento di fase assoluto, ma ci si basa su quello del simbolo precedente. Inoltre, la sincronizzazione è semplificata in quanto c’è un cambio di fase ad ogni simbolo, anche qualora siano ...tutti uguali.
Minimum shift keying - MSK
Individua una modulazione
fsk binaria
coerente in cui l’intervallo di frequenza
Δ assume il
minimo valore
12Ts (vedi §
16.12.1), ottenendo un segnale modulato che mantiene una
continuità di fase tra bit contigui,
come mostrato in figura in cui
f0 = 1.25 ⋅ fb e
f1 = 1.75 ⋅ fb, e quindi
Δ = 0.5fb = 1⁄2Tb: questa caratteristica consente una riduzione della banda occupata, in virtù dell’assenza di brusche variazioni di ampiezza.
Modulazione a fase continua - CPK
Come per il caso precedente si realizza un segnale privo di discontinuità, facendo evolvere la fase dell’inviluppo complesso
con continuità tra il valore iniziale e quello finale, nell’arco di un periodo di simbolo. Per fissare le idee, consideriamo l’uscita di un
vco
xCPK(t) = A ⋅ sin(2πf0t + 2πΔ ⌠⌡t0 a(τ)dτ)
alimentato da un segnale dati
a(t) = ∑Lk = 1akg(t − kTs) come in figura.
Scegliendo
g(t) = rectTb(t) ed
ak ∈ {0, 1} si ottiene l’
msk, e la variazione della fase avviene in modo lineare (integrale di un rettangolo) realizzando una
fm; nel
cpk si utilizza invece un sagomatore privo di discontinuità (ad es. un coseno rialzato nel tempo, ovvero
g(t) = 12 (1 + cos2πt⁄Ts) rectTb(t)), realizzando un segnale modulato (per così dire) sia in fase che in frequenza. Questa ulteriore
dolcezza dell’inviluppo complesso determina un ulteriore risparmio di banda; d’altra parte la
fase di partenza per ciascun simbolo dipende da quelli precedentemente trasmessi, e dunque il segnale deve essere decodificato nella sua interezza e non simbolo per simbolo.
Si tratta ancora di una modulazione angolare e dunque adotta lo schema mostrato sopra, ma stavolta
g(t) ha una durata maggiore di
Ts: ciò riduce ancor di più la banda, ma introduce interferenza intersimbolica
(
isi) in modo
controllato, nel senso che
è noto come i simboli precedenti incidono sul valore dell’attuale. Per questo, la decodifica può avvenire mediante una
mlsd (§
18.4.5), con un lieve peggioramento di prestazioni (in presenza di rumore) rispetto alla assenza di
isi. In questa categoria rientra il
gmsk , una forma di
msk a risposta parziale in cui
g(t) ha un andamento
gaussiano (ma ovviamente troncato nel tempo), e che è utilizzato diffusamente (
gsm, 802.11
fhss,
Bluetooth) in virtù della ridottissima occupazione spettrale.
Modulazione codificata a traliccio - TCM
E’ una tecnica che combina la codifica di canale (§
17.4) con il processo di modulazione, e che anziché aumentare il numero di bit da trasmettere e quindi la banda, aumenta il
numero di punti di costellazione per simbolo. A prima vista ciò comporterebbe un peggioramento di prestazioni, ma queste sono compensate dal guadagno di codifica associato alla ridondanza introdotta, che si manifesta in un vincolo sui possibili valori della sequenza di simboli, che viene a dipendere anche dal valore di un certa quantità di bit precedenti.
Per fissare le idee riferiamoci alla figura a lato: i bit in arrivo
bi sono inviati alternativamente (
b1) ad un codificatore convoluzionale (2,1,2) (§
17.4.2) con tasso
Rc = 12, e (
b2) ad un modulatore
8-psk. In questo esempio il codificatore è realizzato come in fig.
17.21 a pag.
1, e dunque produce due bit
c1c2 in uscita per ognuno che ne entra, in funzione di due bit precedenti
m1m2 (o
di stato); anche questo risultato viene inviato al modulatore
8-psk, le cui 8 possibili fasi sono state
suddivise in quattro partizioni come in figura, ed assegnate alle configurazioni binarie (non di Gray) indicate, in modo che per ogni partizione il bit di ingresso non codificato
c3 = b2 sceglie uno tra due punti
più distanti possibile.
Le possibili sequenze
c1, 2 in uscita dal codificatore sono schematizzate mediante l’automa mostrato alla figura a lato, in cui gli stati sono etichettati con il valore dei bit
m1, 2, e le transizioni con il codice di uscita
c1, 2 corrispondente all’ingresso
b1 pari a zero (linea a tratti) o uno (linea continua), così come calcolate in base agli
ex-or. Le possibili sequenze
c1, 2, 3 in ingresso al modulatore sono descritte da tutti i percorsi di attraversamento del
traliccio disegnato in figura a destra dell’automa, in cui le righe corrispondono allo stato
m1, 2 e le colonne agli istanti di simbolo, mentre le transizioni (continue o tratteggiate a seconda se
b1 è 1 o 0) sono etichettate con i bit associati alla costellazione
8-psk, a meno del bit
b2 che è indicato dal sottolineato_. In definitiva, la sequenza di simboli
psk corrispondente ad un ingresso (ad es.) 10 01 11 00 è 110 101 111 100, come mostrato in basso in figura, e corrispondente alla linea spessa.
La ricezione di questo segnale si svolge in due fasi: nella prima si individua il punto di costellazione, per ogni istante di simbolo
k ed ogni partizione
p, più vicino al segnale ricevuto
rk, e si valuta la relativa
verosimiglianza logaritmica − log [p(rk ⁄ p)], riportandone il valore sull’arco del traliccio a cui si riferisce (vedi anche §§
17.4.2.3 e
18.4.5). Nella seconda si individua nel traliccio il percorso di minimo costo mediante l’applicazione dell’algoritmo di Viterbi, illustrato a pag.
1.
Notiamo come le scelte fatte abbiano messo in corrispondenza le transizioni uscenti (od entranti) in uno stesso stato con costellazioni disposte a croce, ovvero con la massima distanza tra i punti. Per ogni periodo di simbolo solo 4 delle 8 fasi sono possibili. Si può mostrare che il semplice schema dell’esempio permette un miglioramento di Eb⁄N0 di 3 dB, e quasi altri 3 possono essere aggiunti per codificatori di maggior complessità.
Acronimo di
Multiple Input Multiple Output, è realizzato utilizzando più di una antenna sia in trasmissione che in ricezione, attuando così una
trasmissione in diversità (§
20.3.3.1) in grado di aumentare la capacità di un collegamento radio grazie allo sfruttamento del fenomeno dei
cammini multipli. Approfonditi al cap.
21.
Attiene a come trasmettere
intelligentemente in modo da usare i migliori canali radio a disposizione, in presenza di altre comunicazioni contemporanee: analizzando con continuità lo spettro radio, modifica conseguentemente i parametri di trasmissione e ricezione per permettere un utilizzo più efficiente dello spettro radio nella propria regione di spazio.