Käytössä on myös useita erilaisia useampitasoisia digitaalisia AM menetelmiä ja
sekamenetelmiä, joissa käytetään esim. digitaalisia AM- ja PM-menetelmiä
samanaikaisesti.
Digitaalisessa FM:ssa kullekin digitaaliselle symbolille on varattu oma kantoaaltotaajuutensa i bi ää i ä FSK til 1 t k i t j j til 0 t i
• esim. binäärisessä FSK:ssa tilaa 1 vastaa yksi taajuus ja tilaa 0 toinen
Jatkuvavaiheisessa FSK:ssa (CPFSK) taajuudet valittu siten, ettei symbolien rajoilla tapahdu vaihehyppyjä.
FSK-menetelmää käytetään esimerkiksi DECT:ssa ja FSK:n muunnosta (GMSK) käytetään GSM:ssä.
Binäärinen PSK (BPSK) on yksinkertaisin digitaalinen vaihemodulaatiomenetelmä. Tarvitaan kaksi eri kantoaallon vaihetta, jotka ovat 180º vaihe-erossa toisiinsa nähden.
4-tilaisessa QPSK:ssa käytetään 4 eri kantoaallon vaihetta (jokainen vaihe edustaa kahta bittiä).
Monitilaisista menetelmistä on lisää seuraavilla sivuilla.
Yksinkertaisissa järjestelmissä vain yhtä kolmesta muuttujasta (amplitudi, taajuus tai vaihe) muutetaan viestisignaalin muutosten tahdissa ja muut pysyvät vakioina Monimutkaisimmissa muutetaan viestisignaalin muutosten tahdissa ja muut pysyvät vakioina. Monimutkaisimmissa järjestelmissä käytetään muuttujalle useampaa kuin kahta tasoa (esim. QPSK eli 4PSK) ja lisäksi voidaan muuttaa useampaa kuin yhtä muuttujaa kerralla. Tällöin päästään suurempiin
siirtonopeuksiin ja parempaan kaistanleveystehokkuuteen.
Esimerkiksi QPSK:n datanopeutta voidaan edelleen kasvattaa 8PSK:lla, jossa käytetään 8 eri vaihetta. 8PSK on käytössä Edge-teknologiassa (EGPRS). Kasvanut datanopeus merkitsee toisaalta heikompaa kohinansietoa, koska signaalitilat ovat lähempänä toisiaan.
Yleensä ei ole järkevää käyttää useampia vaiheita kuin 8PSK. Sen sijaan AM:n ja PM:n yhdistämisellä saadaan parempi suorituskyky Menetelmää kutsutaan QAM:ksi (quadrature yhdistämisellä saadaan parempi suorituskyky. Menetelmää kutsutaan QAM:ksi (quadrature
amplitude modulation). QAM-menetelmiä käytetään monissa digitaalisissa järjestelmissä. Esimerkiksi DVB-T (maanpäällinen digi-TV –standardi käyttää 64 QAM:a).
Hajaspektritekniikan perusideana on levittää viestisignaali siirron ajaksi paljon
l ä äll t j l ll k i it i ti k i t l j lli ö i li t h
leveämmälle taajuusalueelle kuin itse viestin kaistanleveys on, jollin myös signaalin teho leviää laajalle kaistalle. Vastaanotossa signaali taas ”palautetaan” alkuperäiseksi.
Hajaspektritekniikan kaksi yleisintä toteutusperiaatetta ovat taajuushyppelyperiaate (FH-SS) ja suorasekvenssitekniikka (DS-(FH-SS). Kummassakin menetelmässä vaaditaan lähettäjän ja vastaanottajan synkronointia ja sovittua menettelyä vastaanoton purkamiseksi.
Suorasekvenssitekniikassa käyttäjän informaatiobitit levitetään laajalle kaistalle kertomalla käyttäjädata näennäissatunnaisella bittikuviolla (Spreading Signal). Radiotiellä oleva häiriö levitetään vastaanotossa koko signaalin kaistalle, jolloin sen vaikutus jää pieneksi.
Hajaspektritekniikalla saavutetaan seuraavia etuja:
• tunteettomuus kapeakaistaiselle häiriöllep
• hankala salakuunnella
• kanavien välinen ylikuuluminen vähäistä
• periaatetta voidaan käyttää koodijakoisessa monikäyttötekniikassa (CDMA)
• tukee kahden pisteen välimatkan mittausta
• voidaan käyttää hyväksi yhteyksiä parantavia diversiteettitekniikoita (monitie-, taajuus- ja aikadiversiteetti)
DS-SS:
Siirrettävä data käsitellään (=xor-operaatio) levityskoodilla, jolloin saadaan varsinaista modulointia varten nopea signaali. Esimerkiksi UMTS:ssa moduloiva signaali on nopeudeltaan 3,84 Mcps (million chips per second).
Edellä bittiä kutsutaan tässä vaiheessa chipiksi. Tämän jälkeen UMTS:ssa varsinainen modulointi tehdään QPSK-menetelmällä.
Lähetettävä laajakaistainen signaali
( i UMTS 3 84 M )
Alkuperäinen
kapeakaistainen signaali
(esim. UMTS:ssa 3,84 Mcps)
FH-SS:
Käytettävissä oleva taajuuskaista jaetaan alitaajuuskaistoihin, joita vaihdellaan lähetyksen edetessä ennalta sovitun järjestyksen mukaisesti. Lähetetyn bittivirran joutuminen
"vieraisiin" käsiin on epätodennäköistä, koska vain vastaanottaja tietää taajuuskanavien hyppyjärjestyksen. Tekniikkaa käytetään mm. Bluetoothissa (myös WLAN:ssa aiemmin hitaammilla nopeuksilla).
Kanavointitekniikat
Kanavointitekniikat sisältävät monikäyttötekniikat ja kanavoinnin
52
y j
Kanavointi (Multiplexing) tarkoittaa siirtojärjestelmissä käytettyjä menetelmiä, joilla saadaan suuri joukko yhteyksiä kanavoitua samalle siirtotielle (kaapeli, valokaapeli, radiotie…)
Monikäyttö (multiple access) tarkoittaa erilaisia langattomissa järjestelmissä käytettyjä menetelmiä, joilla useat käyttäjät voivat jakaa samanaikaisesti rajallisia radiotaajuusalueita
Tavoitteena molemmissa on saavuttaa mahdollisimman suuri kapasiteetti
Tavoitteena molemmissa on saavuttaa mahdollisimman suuri kapasiteetti ilman järjestelmän tarjoaman laadun huononemista
26.10.2009 Digitaalisen tiedonsiirron perusteet / RR
Taajuusjakokanavointi
•Taajuusjakokanavoinnissa signaalit erotetaan taajuuksien perusteella ja aikajakokanavoinnissa vastaavasti ajan perusteella. Taajuusjakoisesta kanavoinnista on myös kehitetty muunnelma eli OFDM.
•FDM:ssä kanavoitavilla signaaleilla moduloidaan eritaajuisia kantoaaltoja. Signaalit on ennen FDM:ää muodostettu jollakin edellä käsitellyistä kantoaaltomodulaatiomenetelmistä. Moduloidut signaalit summataan ja saatu summasignaali siirretään tiedonsiirtokanavaa pitkin signaalit summataan ja saatu summasignaali siirretään tiedonsiirtokanavaa pitkin.
Vastaanottopäässä signaalit erotetaan kaistanpäästösuotimilla ja alkuperäinen informaatio ilomaistaan alkuperäistä kantoaaltomodulaatiomenetelmää vastaavalla ilmaisimella.
•FDM-järjestelmissä suurimpana ongelmana on ylikuuluminen alikanavasta toiseen. Tämä voi aiheutua signaalien kaistaa rajoittavien suodattimien epäideaalisuudesta (signaalin spektri ulottuu muiden alikanavien alueelle) tai siirtokanavan epäideaalisuudesta (mm. epälineaarisuus). Tämän vuoksi tarvittava kokonaiskaistanleveys on yleensä suurempi kuin yksittäisten signaalien spektrien leveyksien summa.
•FDM:n tärkeimpiä sovelluksia ovat kantoaaltojärjestelmät puhelinverkoissa sekä stereoyleisradiojärjestelmä. Puhelinverkossa puheen spektri rajoitetaan välille 300 ... 3400 Hz ja puhekanavat moduloidaan 4 kHz:n välein. Suurissa järjestelmissä modulointi suoritetaan moniportaisesti Uusia tällaisia järjestelmiä ei enää rakenneta
moniportaisesti. Uusia tällaisia järjestelmiä ei enää rakenneta.
•Stereoyleisradiojärjestelmässä vasemman (L) ja oikean (R) kanavan signaaleista muodostetaan
OFDM:ää nimitetään myös diskreetiksi monikantoaaltomodulaatioksi (Discrete Multi-tone Modulation), koska yhden kantoaallon moduloinnin sijasta siinä käytetään suurta määrää tasaisin kanavavälein sijoiteltuja alikantoaaltoja. Kapeakaistaisia alikantoaaltoja
moduloidaan esim. jollakin monitilaisella QAM-modulointitavalla.
OFDM on laajakaistainen tekniikka, joka kasvattaa datansiirron tehokkuutta lisäämällä siirrettävää datanopeutta kantoaaltojen suuren määrän avulla. Lisäksi menetelmässä monitie-etenemisen aiheuttamat ongelmat voidaan minimoida valitsemalla käytettävät monitie etenemisen aiheuttamat ongelmat voidaan minimoida valitsemalla käytettävät alikantoaallot niiden joukosta, joilla syntyy vähiten bittivirheitä. Huonot alikantoaallot eli ne joilla syntyy virheitä, voidaan jättää käyttämättä.
OFDM-tekniikkaa käytetään monissa laajasti käytetyissä sovelluksissa, esim. digitaalisen TV-jakelun standardeissa (DVB-T, ja DVB-H), digitaalisessa yleisradiotekniikassa, useissa WLAN-standardeissa ja langallisissa verkoissa esim. ADSL-laajakaistaliittymissä.
OFDM:n toiminta
Nykyisin käytössä olevat OFDM-menetelmät perustuvat diskreettiin Fourier-käänteismuunnokseen (IDFT, Inverse Discrete Fourier Transform).
Taajuuskanavien määrä ja kussakin kanavassa kerralla siirrettävien bittien määrä vaihtelee.
Kanavia on yleensä useita kymmeniä, joskus useita tuhansia. Esimerkiksi
16-QAM-ä ä ä
modulaatiota käytettäessä erilaisia vaiheen ja voimakkuuden arvoja on 4x4, jolloin yhden taajuuskanavan sisällä voidaan siirtää kerralla log (4 * 4) = 4 bittiä. Eri kanavilla voi käyttää
TDM(lyhenne sanoista Time Division Multiplexing) eli aikajakokanavointion muun muassa PCM-t k iik kä t tt k i tit k iikk S t i i li ii l i tii li ik j k j tekniikassa käytetty kanavointitekniikka. Se perustuu eri signaalien viipalointiin eli aikajakoon, jossa jokainen lähetys jaetaan palasiin (kehys) ja palaset lähetetään tietyin väliajoin. Sitä käyttämällä voidaan siirtää ääntä ja dataa (mahdollistaa muun muassa multimediaviestien lähetyksen). Siirtokapasiteetin lisääminen on suhteellisen helppoa ja taloudellista.
TDM jaetaan kahteen osaan, synkroninen ja tilastollinen TDM.
Synkroninen TDM
•Synkronisessa TDM:ssa siirtotietä käytetään koko ajan. Silloin ei ohjausinformaatiota eikä vuonohjausta tarvita (linkkiprotokolla). Kahden pään välinen kehystahdistus kuitenkin tarvitaan.
•Lähteet voivat varata itselleen useampia aikaviipaleita kehyksestä ja sitä kautta nopeuttaa kommunikointiaan. Eri nopeuksilla toimivia lähteitä voidaan yhdistää, kun niiden käyttöön varataan tarvittava määrä aikaviipaleita.
•Synkronisessa aikajakokanavoinnissa datan on oltava digitaalista, mutta signaali voi olla alun perin digitaalinen tai analoginen.
•Huonona puolena TDM:ssa on, että siinä hukataan kapasiteettia: jokaiselle linjalle varataan tietty aikajakso, vaikka linjalla ei olisikaan liikennettä.
Tilastollinen TDM
•Synkronisesta TDM:sta poiketen tilastollisessa TDM:ssa siirtotiellä ei ole vakioaikavälejä, joten tarvitaan keino (osoite) kertomaan, minkä linjan dataa aikavälissä siirretään. Jokaisen kehyksen alkuun lisätään osoite kertomaan, mille linjalle kehys kuuluu. Aikavälit varataan dynaamisesti tarpeen mukaan., j y y p
•Huonona puolena on, että osoitetietojen välittäminen hukkaa jonkin verran kapasiteettia. Yhdistävän linjan nopeus voi olla pienempi kuin sisääntulolinjojen nopeuksien summa, joten suurilla käyttöasteilla