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GMSK y OQPSK.
Algunos aspectos de su análisis.
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GMSK y OQPSK.
Algunos aspectos de su análisis.

OQPSK y GMSK están estrechamente relacionadas, de la misma manera que SDPSK y CDFSK o pi/4 DQPSK y C4FM.

Esta “dualidad” es bastante evidente, y se debe al hecho de que, a menudo, algunos modos de FSK bajo ciertas condiciones, tienden a adquirir las propiedades y características de modos PSK.

*** GMSK ***

Las consideraciones generales sobre la formación de GMSK ya fueron tratadas en nuestro artículo FSK,GFSK,MSK,GMSK y otros modos. También se señaló que el uso de filtros de gauss permitía estrechar el espectro del lóbulo principal de la señal considerablemente.

El filtro de Gauss viene caracterizado por BT. Quien esté interesado en este parámetro, puede investigarlo por su cuenta. En nuestro caso, solo nos ocuparemos de su aplicación práctica.

El valor del parámetro BT esta comprendido en los límites 1 › BT › 0. Cuanto más bajo sea el valor de BT más compacto será el espectro resultante de la señal GMSK.

Una GMSK con valor BT = 1 se convierte en una MSK.

En las señales GSM se usa un filtro de Gauss con BT = 0.3 y veremos una se estas señales sintetizada con el propósito de tratarla desde el punto de vista del análisis.

Algunas consideraciones previas.

Dado que con los resultados y matices del GMSK tratamos de obtener conclusiones de su uso en TETRAPOL , la señal sintética tendrá su misma velocidad de 8000 Hz.

También se añadirá ruido blanco a la señal sintética, ya que a pesar de que las señales ideales parecen bonitas y permiten medidas muy precisas, pueden ocultar o disimular detalles importantes de la señal. Este aspecto queda claro en la imagen que sigue.



GMSK con filtro de Gauss de BT = 1 ==› MSK.



Como era de esperar, la energía del lóbulo principal se concentra en una banda de 1.5*Br. Los lóbulos secundarios, a pesar de que tienen bastante energía, pueden ser filtrado de manera eficaz sin alterar las características de la señal en cuanto a su demodulación. Dado que en este momento no nos importa la MSK, solo señalaremos la suave caída de sus lóbulos laterales.

GMSK con filtro de Gauss y BT = 0.3, es el clásico GSM. Prestaremos especial atención a esta señal.



En esta señal la energía se concentra en una banda menor que la de una MSK, y la pendiente de atenuación de los lóbulos laterales es bastante mayor, dando como consecuencia un espectro mucho más compacto. El nivel del segundo lóbulo viene a estar a unos -40 dB del principal ( -25 en MSK), el segundo a unos -70. En este modelo, el segundo y siguientes son prácticamente indiscernibles en SA.

Caracteristicas de GMSK con BT = 0.3



Como es bien visible, después de la demodulación usando un detector/discriminador, la amplitud de los pulsos de menor duración(T) es la mitad de los pulsos cuya duración es ≥2*T y esto el la norma general que restringe su inmunidad al ruido. Esta es la razón por la que la inmunidad al ruido de una GMSK es menor que la de una MSK. En MSK la amplitud de los pulsos es la misma independientemente de su duración. Este es el precio a pagar por un uso del espectro más eficiente que el de MSK.

Con un pequeño desvío en la velocidad de modulación, es posible observar el diagrama de ojos en SA, diagrama que es típico para esta señal.

Un aspecto ciertamente interesante es como aparece una GMSK con BT = 0.3 en el plano de fase.



Hay una cierta similitud con una OQPSK.

Para ser honesto, en mi opinión la elección de GMSK con BT=0,3 es una buena opción, con un compromiso aceptable entre la inmunidad al ruido y el nivel de los lóbulos laterales. Mayor reducción del BT ya no aportaría ventajas.

Sin embargo, la realidad nos muestra que no siempre es así, y un ejemplo lo tenemos en la señal TETRAPOL . Fue una sorpresa averiguar que el BT de esta señal es menor que 0,25 y en nuestro ejemplo ha resultado ser de 0.22!

GMSK con BT = 0.25, usado en TETRAPOL .



El área de concentración de la energía es incluso menor que en GSM, y la disminución de los lóbulos laterales también. Sin embargo, la inmunidad al ruido es peor que en GSM y bastante peor que en MSK.



El “hueco” en el diagrama de ojos es notablemente menor que en GSM, lo que requiere estrictos procesos de sincronización de reloj y una mejor relación señal/ruido para usar esta señal.



La similitud con OQPSK en el plano de fase es incluso mayor.

GMSK con BT < 0.25(0.22), usado en TETRAPOL .

El espectro de la señal se estrecha aún más, acercándose al valor de Br.



Debido a ello, la inmunidad al ruido también disminuye en comparación con los modelos/señales anteriores.



En el plano de fase, incluso aumenta la similitud con OQPSK.



Básicamente, es obvio que si seguimos reduciendo BT, comenzara a reducirse el lóbulo principal y a empeorar la inmunidad al ruido. En mi opinión el valor crítico es BT=0,2 y no tendría sentido seguir disminuyéndolo. A partir de ahí, habría que tomar otras decisiones.

Y una de ellas sería la modulación OQPSK.

*** OQPSK(Offset QPSK) ***

Existe muchas confusiones y hasta un cierto misticismo alrededor de la modulación OQPSK, con diferentes modelos en el plano de fase según las diversas fuentes e incluso con discusiones al respecto en nuestro foro. Y podemos añadir la vaguedad en la determinación del Br y la conversión de símbolos a bits, que es mitad que en una constelación normal.

El modulador OQPSK se suele presentar como un modulador QPSK con un cambio en cuadratura por dibit en la mitad de tiempo que un QPSK, lo que conduce a desacuerdos en determinar la velocidad del OQPSK.

La siguiente imagen muestra el proceso del modulador OQPSK según el documento “Digital Modulation in Communications Systems - An Introduction” written by Hewlett-packard company in 1997.



De esta imagen se puede deducir lo que podemos esperar en el plano de fase, siendo evidente que los dibits del QPSK generan una velocidad doble en el OQPSK debido a los cambios correspondientes a medio dibit usados en la formación de la señal.

Para comprender las razones de los desacuerdos que hay con el OQPSK, vamos a considerar el diagrama de flujo en un modulador OQPSK:



Usualmente, los argumentos en uno u otro sentido se apoyan el la presentación en el plano de fase de la señal en cuadratura de los punto A y B.

Sintetizar una señal basada en el modelo expuesto, puede llevar a correr el riesgo de obtener resultados imprecisos y diferentes a los del documento de Hewlett-Packard.

Un error típico es hablar de una OQPSK como una QPSK desplazada, ya que la QPSK se forma usando unos filtros especiales y en el diagrama superior vemos que no existen tales filtros que deberían estar en los puntos C y D.

Del tipo y parámetros de esos filtros depende la apariencia de la OQPSK en el plano de fase. Hay varias opciones de filtrado lo que genera diversas apariencias en el plano de fase y llevan a las controversias respecto a esta señal.

No vamos a sintetizar señales OQPSK dado la vaguedad de formación de las mismas en comparación con GSM, por lo que nos limitaremos a señales reales.

Ejemplo del satélite INMARSAT .

Consideraremos la señal desde el punto de vista del GMSK, ya que el propósito principal de este artículo es tratar de su similitud y de la dificultad que puede haber en distinguirlas.



La energía se concentra en un ancho de Br.



El diagrama de ojos de la señal discriminada parece poco convincente, a pesar de que se puede apreciar una cierta similitud con una GMSK de BT muy bajo.



OQPSK en el plano de fase es muy parecida a una GMSK con BT < 0.25

En realidad, este es un aspecto que de por sí ya justificaría este artículo.

No se pueden establecer unas diferencias obvias y convincentes entre GMSK y OQPSK. Para modulaciones GMSK con BT < 0.25, cuanto menor el BT, más similar a una OQPSK.

Realmente GMSK y OQPSK son las dos caras de una moneda. Esto es obvio si consideramos que la estructura de los moduladores para ambas señales es prácticamente la misma. En el caso del GMSK los filtros de formación están bastante estandarizados, no así en OQPSK, caso en que no he sido capaz de hallar una aproximación simple y única.

En conclusión.

He pretendido subrayar los procesos de generación de estas modulaciones, y llamar la atención sobre las dificultades de su análisis en la práctica.

Podemos establecer diferencias, pero son muy ambiguas. Al menos OQPSK tiende a formar una imagen cuadrada en el plano de fase mientras que GMSK tiende a hacerla redonda o circular.

Este artículo no pretende ser una caracterización de GMSK y OQPSK, sino más bien aportar algunos puntos de vista que pueden ser interesantes para su análisis práctico.

Suerte y al toro.
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Файл создан: 25 Nov 2011 20:35, посл. исправление: 25 Nov 2011 21:04
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