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16.6 Demodulazione incoerente

Nel caso in cui la portante di demodulazione non abbia la stessa fase di quella ricevuta, ci si trova nelle condizioni esposte al § 12.2.3.1, ossia il piano dell’inviluppo complesso risulta ruotato, rendendo impraticabili le tecniche di modulazione di fase, a meno di non adottare tecniche differenziali (§ 16.4).
In realtà è ancora praticabile la tecnica ook (on off keying), ovvero una modulazione pam della portante con un impulso nrz polare, oltre a quella dell’fsk incoerente. Per entrambe si tratta di rivelare la presenza/assenza di una sinusoide nel rumore, per la durata di un bit Tb o di un simbolo Ts, e si ricorre allo schema di demodulazione discusso
figure f10.56.png
Figure 16.33 Demodulatore incoerente di inviluppo
al § 12.2.4 e riportato a fianco, in cui la portante di demodulazione è una di quelle dell’fsk, oppure l’unica nel caso di ook, ed il generico passa basso è realizzato come un integratore, ovvero con risposta impulsiva[855]  [855] Ad esempio realizzato mediante un integrate and dump (pag. 1), che deve essere resettato a fine Ts. h(t) = 1Ts rect Ts(t), ovvero ancora come un filtro adattato all’impulso di trasmissione g(t) = rectTs(t)[856]  [856] Il fattore 1Ts che compare nell’espressione di h(t) rende l’energia dell’impulso complessivo g(t) * h(t) = tri2Ts(t) (vedi eq. (10.56)) normalizzata rispetto a Ts (vedi § 3.8.8)., in modo da scrivere il segnale ricevuto come
x(t) = k = −∞ak rectTs(t − kTs) cos(ω0t + θ)
in cui ak = A se la frequenza f0 è attiva durante il simbolo k, oppure ak = 0 nel caso opposto. Il rumore n(t) in ingresso, con densità di potenza N02, rende le grandezze di osservazione rc e rs due v.a., che nel caso di segnale presente hanno valor medio[857]  [857] Infatti il segnale demodulato (as es.) sul ramo in fase ha ampiezza costante A1Tscosθ, che risulta moltiplicata per Ts quando integrato su tale periodo. mc = Acosθ e ms = Asinθ, oppure zero per segnale assente, mentre in entrambi i casi e per entrambi i rami la varianza risulta pari a[858]  [858]  Infatti il filtro adattato ha una |G(f)|2 = sinc2(Tsf), e dunque il rumore alla sua uscita (vedi § 14.1.3 e pag. 1) presenta una densità di potenza Pn(f) = N0sinc2(Tsf). La potenza di rumore perciò risulta pari a Pn = σ2 = N0Ts, in quanto n(t) è a media nulla, e −∞sinc2(Tsf) = 1Ts. Quest’ultimo risultato può essere verificato considerando che sinc2(Tsf) ha antitrasformata 1Ts tri 2Ts(t), e che per la proprietà del valore iniziale (pag. 1) −∞sinc2(Tsf) = 1Ts tri 2Ts(t = 0) = 1Ts. σ2 = N0Ts.
La decisione se sia presente o meno la frequenza è basata sul modulo dell’inviluppo complesso r = rc + jrs, ovvero ρ = r2c + r2s, ed attuata mediante l’approccio di massima verosimiglianza esposto al § 14.4.2. Nelle ipotesi poste, il caso in cui ak = 0 corrisponde ad osservare una v.a. di Rayleigh (pag. 1) con d.d.p.
pP(ρ) = ρσ2 e− ρ22σ2
mentre se ak = A si osserva[859]  [859] La discussione a pag. 1 fa riferimento ad una sola v.a. (quella in fase) a media A, mentre nel caso attuale sia ha ρ = A ma con una fase qualsiasi. Per le proprietà di simmetria radiale del problema, la conclusione è valida anche nel nostro caso. una v.a. di Rice, con d.d.p.
pP(ρ) = ρσ2  e− ρ2 + A22σ2I0ρAσ2
ed in questa circostanza si è trovato (eq. 14.108) che se le due ipotesi di segnale presente (H1) ed assente (H0) sono equiprobabili e la soglia di decisione è posta pari a A2, la probabilità di errore può essere approssimata come Pe = 12  e− A28σ2.
Nel caso dell’ook osserviamo che A22 è la potenza di una sinusoide di ampiezza A, ma se questa per metà del tempo (gli ak = 0) è spenta la potenza si dimezza, e così risulta Eb = PsTb = A24 Tb; sostituendo dunque A24 = EbTb e σ2 = N0Tb nell’espressione della Pe otteniamo
(21.56)
POOKe(bit) = P2 − FSKe(bit) = 12 e− Eb2N0
figure f-ber-compar.png
Figure 16.34 Confronto di prestazioni per
demodulazione binaria coerente,
differenziale, e incoerente
La stessa espressione descrive anche le prestazioni per una modulazione fsk a due livelli: in tal caso infatti la decisione avviene confrontando due v.a. ρ1, ρ2 con distribuzione una di Rice e l’altra di Rayleigh, ottenute duplicando lo schema di fig. 16.33 per le due frequenze (ortogonali) utilizzate, associate ad uno stesso bit uno o zero, e dunque il problema statistico è identico al precedente. La figura 16.34 permette il confronto delle prestazioni tra le tecniche di modulazione binarie presentate.
Nel caso poi di una modulazione l-fsk incoerente, la decisione avviene scegliendo tra L v.a. ρi di cui una distribuita Rice e tutte le altre Rayleigh; lo sviluppo analitico è un po’ più complesso, e fornisce un risultato che seppur peggiore del caso coerente, lo approssima abbastanza bene per L ed EbN0 elevati.
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