Data Driven NowCasting and Forecasting

Los sistemas o tipos de modulación se refieren a los métodos empleados para transmitir la información a través de una onda portadora, para tener un mejor aprovechamiento del canal de comunicación. Esto permite que se pueda transmitir más información de manera simultánea y proteger a la señal de posibles interferencias y ruidos.

Lo que hace la modulación es trasladar el espectro de la señal original desde un rango de frecuencias en banda base a un rango de frecuencias de la onda portadora, que generalmente es una señal de alta frecuencia.

Las altas frecuencias proporcionan grandes anchos de banda para la transferencia de la información, lo cual redunda en una capacidad superior y en el uso de antenas de menor tamaño. Usar técnicas de modulación también ayuda a conseguir mayores alcances en la transmisión y una radiación de la energía más efectiva.

1.3.5.2.1 Modulación OFDM/OFDMA23

OFDM “multiplexación por división de frecuencia ortogonal”, y OFDMA “acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal”; son los tipos de modulación empleadas por el estándar 802.16 en frecuencias de operación menores a 11GHz. Tienen una alta eficiencia espectral (bps/Hz) debido a su modulación ortogonal y a la codificación empleada.

OFDM proporciona todo el espacio de la portadora para que cada equipo cliente pueda transmitir a la vez. En cambio, OFDMA permite el acceso múltiple para que un equipo cliente pueda transmitir a través de uno o varios subcanales que le hayan sido asignados.

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OFDM soporta la división de espectro de 256 portadoras, mientras que OFDMA permite tener hasta 2048 portadoras con sus respectivos subcanales, lo que significa una ventaja en canales de gran ancho de banda. La figura 1.8 explica la distribución de usuarios mediante OFDM y OFDMA.

Figura 1.8 Asignación de usuarios en OFDM y OFDMA

A continuación se muestran los datos más representativos de las dos configuraciones:

OFDM-256 portadoras:

256 portadoras totales

192 portadoras de datos

8 portadoras piloto

56 portadoras nulas (banda de guarda)

OFDMA-2048 portadoras:

2048 portadoras totales

1536 portadoras de datos

166 portadoras piloto

1.3.5.2.2 Modulación PSK (Phase Shift Keying)24.

En este tipo de modulación, la fase de la portadora cambia de acuerdo a la señal de datos, mientras que la amplitud de la portadora modulada se mantiene constante. Es muy utilizada en radio digital por sus características de amplitud constante, insensibilidad a variaciones de nivel y buen desempeño contra errores.

Se tiene modulaciones de múltiples estados. WiMAX utiliza las modulaciones: 2- PSK (BPSK), 4-PSK (QPSK)

1.3.5.2.2.1 Modulación BPSK25.

Presenta dos fases diferentes, la una con valor a los 1s y la otra a los 0s. Mientras la señal digital de entrada cambia de estado, la fase de la portadora de salida (señal modulada) se desplaza entre dos ángulos que están 180° fuera de fase. La señal modulada se observa como en la figura 1.9.

Figura 1.9 Ejemplo de Modulación BPSK.

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Teoría de Comunicaciones, Msc. María Soledad Jiménez, Escuela Politécnica Nacional, 2007.

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Tesis “Diseño de un “Backbone” Inalámbrico utilizando tecnología WiMAX, para la integración de puntos de acceso WiFi de diferentes proveedores en el Distrito Metropolitano de Quito y propuesta para ofrecer multiservicios”, Christian Ernesto Alvear Pacheco y Galo Patricio García Pallaroso, 2006.

Además la velocidad de modulación (Vm en baudios) en BPSK viene dada por la siguiente relación: t 2 t m V M log V V = = Donde: =

Vt Velocidad de transmisión (en bps) M= Número de fases (2 para BPSK)

1.3.5.2.2.2 Modulación QPSK26

Para QPSK el número de fases es 4, cada una de ellas transmitirá dos bits y estarán separadas 90 grados. De tal manera que, por cada 2 bits diferentes se genera una de las cuatro fases posibles.

En el modulador QPSK, para los dos bits que ingresan ocurre un cambio de fase en la salida del modulador. Así que, la relación entre la velocidad de modulación (velocidad de señal) “Vm” y la velocidad de transmisión “Vt” en QPSK será:

2 Vt M log V V 2 t m = = Donde: M = 4 fases 26

Tesis “Diseño de un “Backbone” Inalámbrico utilizando tecnología WiMAX, para la integración de puntos de acceso WiFi de diferentes proveedores en el Distrito Metropolitano de Quito y propuesta para ofrecer multiservicios”, Christian Ernesto Alvear Pacheco y Galo Patricio García Pallaroso, 2006.

1.3.5.2.3 Modulación QAM (Modulación de Amplitud en Cuadratura)27

Involucra la variación simultánea de dos parámetros de la onda portadora: amplitud y fase

La expresión matemática de la señal modulada QAM puede expresarse de la siguiente forma: ) θ t .Cos(W r s(t)= _{i c} + _i

Donde ri se refiere a los cambios de amplitud de la portadora y

θ

relacionado con los cambios de fase de la portadora.

Es posible considerar a la modulación QAM como una extensión de la modulación PSK, donde las dos señales en banda base son generadas independientemente, en consecuencia se establecen dos canales (I y Q) en cuadratura completamente independientes.

La modulación QAM da una tasa de error (BER) menor que PSK para la misma relación S/N.

QAM tiene la ventaja de que favorece el aprovechamiento del ancho de banda disponible.

1.3.5.2.4 Modulación Adaptativa28

WiMAX también utiliza técnicas de modulación adaptativa que permite ajustar el sistema de modulación dependiendo del comportamiento de la señal en un canal de comunicación. Así, un enlace de alta calidad puede usar un tipo de modulación de mayor calidad, teniendo por lo tanto un sistema de mayor capacidad. Cuando la calidad del enlace disminuye debido a efectos multicamino de la señal, a fin de

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Teoría de Comunicaciones, Msc. María Soledad Jiménez, Escuela Politécnica Nacional, 2007. 28

mantener la estabilidad del mismo, se puede disminuir el esquema de modulación. De este modo, cuanto más cerca se encuentren las SS de las BS más probabilidades tendrán de poder transmitir a una mayor velocidad.

WiMAX cuenta con 9 esquemas de modulación diferentes, con distintas características de eficiencia espectral. Entre las principales se tiene: BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM, y 256 QAM.

La figura 1.10 explica los esquemas de modulación utilizados de acuerdo a la distancia que se encuentre el receptor de la estación base y su respectivo nivel de SNR [19].

Figura 1.10 Sistemas de Modulación y su SNR en el receptor.29