Estudio y comparación en eficiencia espectral y probabilidad de error de los esquemas de modulación GMSK y DBPSK

Studying and comparing spectrum efficiency and error probability in GMSK and DBPSK modulation schemes

GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) y DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) son dos esquemas de modulación digital usados frecuentemente en los sistemas de comunicaciones vía radio; sin embargo, existe interdependencia en el aprovecha-miento de sus beneficios (eficiencia espectral, baja tasa de error de bit, baja interferencia intersímbolos, etc.); es decir, la optimización de un parámetro acarrea problemas en otro; por ejemplo, el esquema GMSK logra reducir el ancho de banda al introducir un filtro gaussiano a un modulador MSK (Minimum Shift keying) a cambio de incrementar la interferencia intersímbolos en el sistema. Por su parte, el esquema DBPSK obtiene menor probabilidad de error, ocupando mayor ancho de banda; así mismo, facilita la transmisión de los datos de forma síncrona debido al retardo de un bit que tiene el receptor al recuperar la señal.

Introducción

El surgimiento de nuevas técnicas de modulación digital ha sido importante porque han evolucionado los sistemas de comunicaciones electrónicas a más servicios y mejor calidad de los mismos (Couch, 1998). Dos de los esquemas utilizados actualmente en comunicaciones inalámbricas son GMSK y DBPSK, debido a las facilidades que estas ofrecen en cuanto a su transmisión y recepción, eficiencia espectral y probabilidad de error.

El estudio de dichos esquemas de modulación MSK y PSK (Phase Shift Keying) mejorados se remonta a los años noventa cuando se buscaban mejores soluciones de acceso inalámbrico y aparecieron tecnologías como DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), GSM (Global System for Mobile communication), PCS (Sistema de Comunicaciones Personales), etc., que investigaban sobre esquemas de modulación y codificación más eficientes; por ejemplo: en los años 1980–1989 nace el equipo de trabajo europeo “Group Special Mobile”, que tuvo como objetivo estandarizar una norma digital única para Europa e introdujo el esquema GMSK; más tarde, en 1995 comienza a operar en América PCS 1900, y así, nuevas tecnologías y estándares abren el horizonte de esquemas de modulación digital mejorados que ofrecen mayor eficiencia espectral, baja tasa de error de bit e interferencia intersímbolo controlada; se puede obtener mayor información en Lathi (1998) y Sklark (1993).

GMSK es un esquema de modulación derivado de MSK, el cual consiste en una modulación FSK (Frequency Shift Keying) modificado; tiene la particularidad de que la señal modulada no contiene discontinuidades en la fase, y la frecuencia cambia en el cruce por cero cuando cambian los datos de entrada (Stremler, 1989).

En los sistemas de modulación binaria de fase, la referencia de fase para la demodulación se deriva a partir  de la fase de la portadora   en el intervalo de  señalización  anterior,  y  el  receptor  decodifica  la información digital basada en esa diferencia de fase (Carlson, 2002).