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Comunicaciones Digitales

FACULTAD DE INGENIERIA EN ELECTRONICA Y COMUNICACIONES

EXPERIENCIA: COMUNICACIONES DIGITALES

CATEDRATICO: ING. RAFAEL ORTEGA ALMANZA

TRABAJO: INVESTIGACION UNIDAD VI “MODULACION DIGITAL

ALUMNOS: CARLOS IVAN JIMENEZ JUAREZ

Carlos Iván Jiménez Juárez

Comunicaciones Digitales

MODULACION DIGITAL El principal objetivo de un sistema de comunicación digital es la transmisión de datos, entre dos o más puntos, por lo tanto se puede deducir que la modulación digital es hacer cambios en la portadora que pueden ser en la fase, frecuencia amplitud. La modulación digital nos ofrece mayor capacidad de información, compatibilidad con servicios digitales de información, seguridad en los datos, mejor calidad en las comunicaciones, además de que ofrecen la capacidad de enviar grandes cantidades de información en comparación con los sistemas de comunicación análogos. CLASIFICACION DE LA MODULACION DIGITAL FSK Evolvente Constante

PSK CPM ASK

Envolventes no constante QAM

Fueron de las primeras técnicas que fueron utilizadas en las comunicaciones inalámbricas Transiciones discontinuas de la fase de símbolo a símbolo Transiciones continúas de la fase de símbolo a símbolo. No se aplica cuando se amplificadores no lineales Con una gran señal en su plano constelación puede ser muy eficiente.

La clasificación anterior son modulaciones básicas MSK,GMSK, CPM, MHPM y QAM estos son esquemas avanzados, son variaciones y combinaciones de los mismos.

CLASE ENVOLVENTE: Es conveniente para los sistemas con amplificadores de potencia que debe funcional en la región no lineal de la característica entrada-salida para alcanzar la eficiencia máxima del amplificador. FSK: Son inadecuados para su uso en satélites puesto que tienen eficiencia muy baja en el ancho de banda en comparación con los esquemas PSK , FSK binario se utiliza en los canales de baja tasa de control de los sistemas celulares de la primera generación. CLASE ENVOLVENTE NO CONSTANTE : no es apropiada para sistemas que utilizan amplificadores no lineales, sin embargo QAM alcanza una buena eficencia de ancho de banda. QAM: su utiliza para módems de computadora y se onsidera ampliamente en satélites cuando se asegura la linealidad del amplificador.

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MODULACION POR DESPLAZAMIENTO DE AMPLITUD (ASK) En la Modulación por Conmutación de Amplitud (ASK), la amplitud de una señal portadora de alta frecuencia se conmuta entre dos o más valores en respuesta a un código binario siuno de los valores es cero se le llama OOK (On-Off Keying). Cuando se detecta la presencia de un ‘1’ lógico, la portadora tiene un valor de amplitud máximo. Cuando el valor detectado es un ‘0’ lógico la amplitud de la portadora es cero. Al igual que en el caso analógico, la intención de la modulación de una señal de alta frecuencia por una señal modulante, no es otra que permitir obtener una señal con longitud de onda en el orden de un décimo o más del elemento radiante (la antena) para óptima radiación al aire. Para realizar la modulación digital, también se requiere una portadora, cuya forma puede ser definida como:

Pt   ASenct   2 PS Senct  considerando :

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A2 PS  2

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CONMUTACION ENCENDIDO-APAGADO

I

    

La densidad espectral se centra en fc Eficiencia teórica máxima del ancho de banda La ventaja principal está en sencillez de los receptores Se usan en sistemas de telemetría en miniatura de corto alcance. Las transmisiones por fibra óptica son también especie de ASK.

Cuando se detecta la presencia de un ‘1’ lógico, la portadora tiene un valor de amplitud máximo. Cuando el valor detectado es un ‘0’ lógico la amplitud de la portadora es cero.

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ESPECTRO DE UNA SEÑAL ASK

Se observa que el ancho de banda práctico es 2fb el cual es el doble del requerido en transmisión banda base

B   f  fc    f  fc   f  fb  f  fb  2 fb

FSK MODULACION POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA

(Desplazamiento por frecuencia), a aquella en que el parámetro de la señal senoidal de la portadora que se hace variar, es la frecuencia. Cuando la señal moduladora es de origen digital, la señal modulada tomará un número discreto de valores de la frecuencia, iguales al número de valores que correspondan a la señal moduladora.

a) Señal FSK ideal

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b) Su descomposición en dos señales ASK stremler

Espectro de la magnitud de una señal FSK periódica

 La probabilidad neta de error para FSK es igual que para ASK  Para necesidades de potencia pico, la FSk tiene una ventaja de 3 dB sobre ASK ya que esta no se encuentra presente durante la mitad del tiempo  La mínima separación de frecuencias es de medio ciclo por intervalo de bit entre las frecuencias de señalización f1 y f2 de manera que las dos señales moduladas resulten ortogonales.  La FSK no es realmente una modulación de frecuencia y de hecho es la mas parecida a a la AM.

La Modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK, es una técnica de transmisión digital de información binaria (ceros y unos) utilizando dos frecuencias diferentes. La señal moduladora solo varía entre dos valores de tensión discretos formando un tren de pulsos donde un cero representa un "1" o "marca" y el otro representa el "0" o "espacio". En la modulacion digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps) A la relación de cambio a la salida del modulador se le llama baud-rate. En esencia el baud-rate es la velocidad o cantidad de símbolos por segundo. En FSK, el bit rate = baud rate. Así, por ejemplo, un 0 binario se puede representar con una frecuencia f1, y el 1 binario se representa con una frecuencia distinta f2. El modem usa un VCO, que es un oscilador cuya frecuencia varía en función del voltaje aplicado. Índice modulacion general para una Siendo: fd: máxima desviación en frecuencia; Rsymb: Velocidad de símbolo por segundo.

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EJEMPLO DE MODULACION DIGITAL FSK

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PSK CONMUTACION POR CORRIMIENTO DE FASE La modulación por desplazamiento de fase o PSK es una forma de modulacion angular que consiste en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en esta la variación de fase es continua, en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un numero de estados limitado. La modulación PSK también se denomina “por desplazamiento” debido a los saltos bruscos que la moduladora digital provoca en los correspondientes parámetros de la portadora. Un modulador PSK representa directamente la información mediante el valor absoluto de la fase de la señal modulada, valor que el demodulador obtiene al comparar la fase de esta con la fase de la portadora sin modular. Dependiendo del numero de posibles fases a tomar, recibe diferentes denominaciones. a) BPSK con 2 fases (equivalente a PAM) b) QPSK con 4 fases (equivalente a QAM)

⌊

⌋

Donde:

Dentro del contexto PSK se distinguen dos tipos de modulacion de fase : a) Modulación PSK. b) Modulación DPSK. (Diferencial PSK ). La modulación PSK: consiste en que cada estado de modulacion está dado por la fase que lleva la señal respecto de la original.

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La modulacion DPSK: cada estado de modulacion es codificado por un salto respecto a la fase que tenía la señal anterior. Empleando este sistema se garantizan las transiciones o cambios de fase en cada bit, lo que facilita la sincronización del reloj en recepción. Técnicamente utilizando el concepto de modulacion PSK , es posible aumentar la velocidad de transmisión a pesar de los límites impuestos por el canal telefónico. Dentro de la modulación DPSk existen dos derivaciones de esta: a) QPSK (Quadrature PSK ). b) MPSK (múltiple PSK).

La modulación QPSK: Consiste en que el tren de datos a transmitir se divida en pares de bits consecutivos llamados Di bits , codificando cada bit como un cambio de fase con respecto al elemento de la señal anterior. La modulación MPSK: En este caso el tren de datos se divide en grupos de M bits , llamados M-bits, codificando cada salto de fase con relación a la fase del tribit que lo precede. La modulacion de fase no suele ser muy utilizada porque se requieren equipos de recepción más complejos que los de frecuencia modulada. Además puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una señal tiene una fase de 0o o 180o.

QAM (MODULACION DE AMPLITUD EN CUADRATURA) Es una técnica de modulacion digital avanzada que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora de información tanto en amplitud como en fase. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasando 90o la fase y la amplitud. La modulacion QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que estan desfasadas entre si 90o. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en cuadratura. La ecuación matemática de una señal modulada en QAM es: (

)

(

)

Una modulacion QAM se puede reducir a la modulacion simultanea de amplitud ASKn,m y fase de PSKn,m una única portadora, pero solo cuando los estados de amplitud An,m y de fase Hn,m que esta dispone, mantienen con las amplitudes de las portadoras originales y la relaciones que se indican:

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APLICACIONES DE QAM • Módems telefónicos para velocidades superiores a los 2400bps. • Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de Banda restringido). • Modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas Combinando la modulación con la codificación de canal. • Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, Pudiendo obtener velocidades de datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.

QPSK es una técnica de modulación donde M=4 los que indica 4 fases de salida para una sola frecuencia portadora. Debido a que hay 4 fases de salida diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de entrada diferentes. Se necesita 2 bits en la entrada del modulador para producir 4 posibles condiciones 00 01 10 y 11 a la salida de consecuencia los datos de entrada se combinan en grupos de 2 bits llamados dibits cada código dibit genera cuatro fases de entrada. Cada dibit de 2 bits introducidos al modulador ocasiona un solo cambio de salida; así, que la razón de cambio de salida (razón de baudio) es la mitad de la razón dibits de entrada. Un dibit se introduce a un derivador de bits, los bits se han introducido en forma señal salen simultáneamente en forma paralela, un bit se dirige por el canal I y el otro por el canal Q. El bit I modula una portadora en la fase, y el otro el Canal Q, modula un portador en cuadratura. Una vez que el dibit ha sido derivado en los canales I y Q la operación es igual a un modulador BPSK.

Datos binarios de entrada

Modulador Balanceado .fb/2

Entrada Buffer

I Q

.fb/2

÷2 reloj

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Oscilador Portadora senwct

±senwct

senwct QPSK(

Σ

Desplazador de fase

Sumad lineal

coswct Modulador Balanceado ±coswct

BPF

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Para un “1” + V ó “0” – V dos fases son posibles en el modulador I senwct y -senwct y para el modulador Q hay 2 fases posibles + coswct y -cos wct. Cuando el sumador lineal combina las dos señales de cuadratura hay cuatro fases resultantes mostradas en las expresiones

Q 1 1 0 0

I 1 0 1 0

coswct + senwct coswct - senwct -coswct + senwct -coswct - senwct

ANCHO DE BANDA

Con QPSF el ancho de banda se observa de la siguiente forma En un modulador QPSK la tasa de bit en el canal I o en el canal Q es igual a la mitad de f la tasa de bit de entrada b En esencia el derivador de bits entra los bits I y Q al doble 2 f f a  b entonces la de su longitud de bits de entrada, en consecuencia, si: 2 frecuencia fundamental mas alta presente en la entrada de datos del modulador f balanceado es un cuarto de la tasa de datos de entrada b 4 RECEPTOR QPSK

Figura No 1: El receptor QPFSK

El derivador de potencia dirige la señal al circuito de detección de portadora que reproduce la señal original de oscilador, la portadora debe ser coherente en fase y en frecuencia de la portadora de referencia. La señal QPSK se demodula en los detectores de producto I y Q que regeneran los bits de datos I y Q originales. Las salidas de los detectores de productos alimentan al circuito para combinar bits.

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METODOS DE RECUPERACION DEL RELOJ Como con cualquier sistema digital, el radio digital requiere de un tiempo preciso o de sincronización de reloj, entre los circuitos de transmisión y recepción. Debido a esto, es necesario regenerar los relojes en el receptor que están sincronizados con los del transmisor.

la figura muestra un circuito sencillo que se utiliza casi siempre para recuperar Información del reloj de los datos recibidos. Los datos recuperados se retardan por la mitad de bit y luego se comparan con los datos originales en un circuito XOR. La frecuencia del reloj que se recupera con este método es igual a la tasa de datos recibidos (fb).

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BIBLIOGRAFIA:

F.G. Stremler, “Introducción Iberoamericana. 1993.

a

los

Sistemas

de

Comunicación”,

Addison-Wesley

Misha S., “Transmisión de información, Modulación y Ruido”, Mc. Graw Hill.

B. P. Lathi, ”Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación”, Limusa S.A. de C.V. 1994.

Carlos Iván Jiménez Juárez