Cálculo de la probabilidad de error para las diferentes modulaciones

Conceptos previos

editar

  Número de estados diferentes

  Energía por bit

  Energía por símbolo

  Energía por symbol-carrier, por portadora

  Probabilidad de error de bit

  Probabilidad de error de símbolo

  Probabilidad de error de símbolo-carrier, por portadora

  Probabilidad de error de bit-carrier, por portadora


La relación entre la energía por bit y por símbolo:

 

Tiene lógica que necesitemos mas energía por símbolo, pues en un solo símbolo podemos transmitir 2,3,4… bits, por lo que la energía necesaria para transmitir un solo bit sería la mitad, un tercio, un cuarto ….

Nuestra modulación digital podemos representarla como:

 

Al demodular, tendremos bien la señal in-phase o la quadrature. Por ejemplo, al demodular la in-phase:

 

La energía de esta señal   ( o de   ) la llamamos   . Como la señal in-phase y quadrature son independientes entre ellas, es lógico pensar que, del número total de bits/símbolo de la modulación digital, cada una de ellas nos proporciona la mitad de bits, por lo que:   . Por ejemplo:

Modulación     (bits)   (bits)   (bits)
         
         
         


 

Relación prob. de error de símbolo y prob. de error de bit

editar

La relación entre   y   es:

  siendo  

Pero, usando codificación Gray, y suponiendo que un error de símbolo solo produce un error de bit, tenemos que:

 

Podemos verlo intuitivamente: Si un símbolo equivale a dos bits, y hay un error en el símbolo, la probabilidad de error de bit será la mitad que la probabilidad de error del símbolo (suponiendo que el error solo puede ser de un bit), porque el error solo afectará a uno de los bit, siendo el otro correcto. Si el símbolo equivale a 10 bits, la probabilidad de error de bit será 10 veces menor, porque de los 10 bits solo 1 estará corrupto (debido a la asunción que hemos hecho) y los otros nueve correctos.

Para la probabilidad de error de bit por portadora, es análogo:

 

Demodulación

editar

 

 
ASK


Una señal ASK es una codificación unipolar NRZ, caso particulr OOK, modula una portadora coseno, por lo que al demodular tendremos:

 

Artículo principal: Prob. de error de 4ASK.


 

La constelación de una señal ASK de 4 niveles es:

 
4-ASK


La probabilidad de error es:

 

Artículo principal: Prob. de error de M-ASK.


 

La probalidad de error para una señal ASK de M niveles es:

 

Al igual que en ASK, FSK son (dos) señales ASK a frecuencias portadoras cercanas, una para los Ceros y otra para los Unos, que a su vez son codificaciones NRZ.

 

En BPSK, al tener solo 2 símbolos:

 

por lo que:  


Para BSK, al demodular tenemos una codificación polar, por lo que:

 
Constellation diagram for BPSK.

 

Artículo principal: Prob. de error de QPSK.


 
Constellation diagram for QPSK with Gray coding. Each adjacent symbol only differs by one bit.


La probabilidad de error de QPSK es la misma que la de BPSK.

 

Como se explicó, la señal MSK es una modulación OQPSK que utiliza senoides en vez de pulsos rectangulares, por ello, su probabilidad de error es la misma que la de QPSK.

 

 
4PSK


Una señal 4PSK demodulada es equivalente a una codificación bipolar, por la que:

 

Esta modulación no es usada, pues su probabilidad de error es mayor que la de QPSK.

Formula aproximada (falta demostración):

 


Comparación gráfica de M-ASK y PSK

editar
 


16-QAM

editar
Artículo principal: Prob. de error de 16-QAM.


 
Constellation diagram for rectangular 16-QAM.


 

M-QAM rectangular

editar


 


Comparación gráfica entre M-QAM y M-PSK

editar
 



Proyecto: Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones
Anterior: Calculo de la probabilidad de error para las diferentes codificaciones — Cálculo de la probabilidad de error para las diferentes modulaciones — Siguiente: Resumen y tablas para modulaciones digitales