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Universidad Nacional de San Agustín Facultad de Producción y Servicios Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica

Curso: Telecomunicaciones 2 Tema:

MODULACION QAM Docente: Presentado por:

 Cana Salas David  Ortiz Llanque Mario Fernando  Callo Mendoza Wilson Arequipa – Perú

Diciembre -2017

Tema: Modulación QAM 1. Introducción……………………………………………………………………… 2. QAM Digital……………………………………………………………………… 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Modulador Digital………………………………………………………………... Demodulador Digital…………………………………………………………….. Qam digital rectangular……………………………………………. QAM Rectangular de "k-impar"………………………………………………….. QAM No Rectangular……………………………………………………………. Conclusiones…………………………………………………………………….. Bibliografía……………………………………………………………………..

1. Introducción La Modulación de Amplitud en Cuadratura o QAM es una modulación digital en la que el mensaje está contenido tanto en la amplitud como en la fase de la señal transmitida. Se basa en la transmisión de dos mensajes independientes por un único camino. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasada 90º entre uno y otro mensaje. Esto supone la formación de dos canales ortogonales en el mismo ancho de banda, con lo cual se mejora en eficiencia de ancho de banda que se consigue con esta modulación. La importancia de este sistema de modulación se debe a la gran cantidad de aplicaciones asociadas a ella:     

Es empleada por módems para velocidades superiores a los 2400 bps (por ejemplo V.22 bis y V.32). Es la modulación empleada en multitud de sistemas de transmisión de televisión, microondas, satélite... Es la base de la modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal. Es la base de los módems ADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line) que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.

Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como: 

Modems telefónicos para velocidades superiores a los 2400 bps.



Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido).



Modulación con codificación reticulada, que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal.



Módems ADSL que trabajan a frecuencias comprendidas entre 24 KHz y 1104 KHz, alcanzándose velocidades de datos de hasta 9 Mb/s.

2. QAM Digital

Ecuación Matemática

La QAM Digital, conocida también como QAM Cuantizada (de la expresión inglesa Quantized QAM), se basa en los principios de su similar analógica, con la diferencia de que tiene como entrada un flujo de datos binarios, el cual es dividido en grupos de tantos bits como se requieran para generar N estados de modulación, de allí que se hable de N-QAM. Por ejemplo, en 8-QAM, cada tres bits de entrada, que proporcionan ocho valores posibles (0-7), se alteran la fase y la amplitud de la portadora para derivar ocho estados de modulación únicos. En general, en N-QAM, cada grupo de m-bits genera 2m=N Estados de Modulación.

Para representar los estados de modulación posibles en los distintos tipos de modulación digital, como la QAM Cuantizada, se utiliza el llamado diagrama de constelación en analogía con la astronomía. Los puntos de la "constelación" están uniformemente dispuestos en una rejilla cuadrada con igual separación vertical y horizontal, aunque son posibles otras configuraciones. Puesto que en las telecomunicaciones digitales los datos son binarios, el número de puntos del diagrama es normalmente una potencia de 2. Ya que el número de estados de modulación en QAM es generalmente un número cuadrado, las formas más comunes son de 16-QAM, 64-QAM y 256QAM. Al cambiar a una constelación de orden superior, es posible transmitir más bits por símbolo. Sin embargo, si la "energía promedio" de la constelación sigue siendo la misma, los puntos deben estar más cercanos y son por lo tanto más susceptibles al ruido y la distorsión, lo que resulta en una tasa de bits de error más alta y así la QAM de orden superior puede ofrecer más datos menos confiables que la QAM de orden inferior.

Si son necesarias velocidades de datos más allá de los valores ofrecidos en el esquema de modulación 8-PSK, lo más usual es cambiar a la modulación QAM ya que se obtiene una mayor distancia entre puntos adyacentes en el plano I-Q mediante la distribución de los puntos de manera más uniforme. Una desventaja, en este caso, es que los puntos ya no son todos de la misma amplitud, de modo que el demodulador debe correctamente detectar tanto la fase como la amplitud. Los modos 64-QAM y 256-QAM se utilizan a menudo en la televisión digital terrestre y por cable y los módems de cable. En los Estados Unidos, estos son los esquemas de modulación digital obligatorios para televisión por cable aprobados por SCTE en la norma ANSI/SCTE 07 2000. La norma europea de televisión digital terrestre DVB-T utiliza las modulaciones 16-QAM y 64-QAM al igual que las normas ISDB-T y ISDB-Tb, también conocida como SBTVD. La modulación de 256-QAM está prevista en el Reino Unido para la televisión en alta definición. Loss sistemas de comunicación diseñados para alcanzar niveles muy altos de eficiencia espectral suelen emplear constelaciones QAM muy densas. Por ejemplo, los dispositivos actuales de 500 Mbps para comunicación por cables de energía eléctrica usan las modulaciones 1024-QAM y 4096QAM, así como los dispositivos bajo el futuro estándar de ITU-Tdenominado G.hn para redes sobre el cableado existente en casa (cable coaxial, líneas telefónicas y líneas eléctricas). Otro ejemplo, es la tecnología VDSL2 de pares de cobre trenzado, cuya constelación tiene un tamaño que abarca hasta los 32.768 puntos, que equivale al esquema de 15-QAM.

3. Modulador Digital

El flujo digital de datos, se divide en dos partes, mediante un convertidor serie-paralelo (S/P en la figura), las cuales atraviesan dos convertidores digital-analógicos. Las señales pasan después por filtros pasa-bajo y luego son multiplicadas por la misma portadora de Frecuencia

F SC

pero ésta es desfasada en 90° en una de las ramas de la figura, tal como ocurre

en la QAM Analógica. Este paso genera las señales I ( t ) y Q(t) que serán transmitidas. Ambas señales son sumadas linealmente y se envían al canal de transmisión. La señal enviada, se expresa como esta sumatoria:

4. Demodulador Digital

La señal recibida se divide en dos vías, mediante un divisor de potencia (DIV) en cada una de las cuales se encuentra un demodulador de producto alimentado por la señal de un oscilador local, sincronizado mediante un circuito de recuperación de portadora, cuya señal sufre un desfase de 90° en una de estas vías. Las señales a la salida de los demoduladores son procesadas con filtros pasabajo para eliminar los múltiplos de los armónicos de la señal del oscilador local y luego son convertidas en forma digital para, finalmente, mezclar los flujos digitales de datos en un convertidor paralelo a serie (P/S). En la práctica, existe un retardo de fase desconocido entre el transmisor y el receptor que debe ser compensado por la sincronización del oscilador local del receptor. En aplicaciones móviles, siempre existirá una desviación en frecuencia debido a la posible presencia de un desplazamiento por efecto Doppler proporcional a la velocidad relativa entre el transmisor y el receptor. Tanto las variaciones de fase como de frecuencia introducidas por el canal deben ser compensadas mediante la adecuada sincronización del oscilador local, lo cual requiere una referencia de fase, y esta tarea se lleva a cabo mediante un lazo de seguimiento de fase.

5.

Qam digital rectangular Los diagramas de constelaciones para la QAM Rectangular son, en general, inferiores a lo óptimo en el sentido de que no maximizan el espacio de los puntos de la constelación para una energía dada. Sin embargo, los puntos o símbolos de la constelación tienen la ventaja considerable de que pueden ser fácilmente transmitidos como dos señales por modulación por amplitud de pulsos con portadoras en cuadratura, y pueden ser fácilmente demodulados. Las constelaciones que no son cuadradas, logran marginalmente mejor tasa de error de bit (BER), pero son más difíciles de procesar. La primera constelación para QAM Rectangular que suele aparecer es la de 16-QAM en la que se da un bit de asignación de código Gray. La razón de que sea así, es que una breve consideración revela que los esquemas digitales 2-QAM y 4-QAM son, de hecho, modulaciones por desplazamiento de fase (BPSK) y por cuadratura de fase (QPSK), respectivamente. Además, el rendimiento de tasa de

error de la modulación 8-QAM es cercano a la de 16-QAM, pero su velocidad de datos es sólo 0,75 veces la de 16-QAM.

Las expresiones para la tasa de símbolos de error de QAM Rectangular no son difíciles de obtener, pero originan ecuaciones complicadas. Para un número par "k" de bits por símbolo existen expresiones exactas. Estas son más fácilmente expresadas en el sentido de errores por portadora, bajo esta fórmula:

de modo que:

La tasa de error de bit depende de la asignación de los símbolos, pero para y un bit de código Gray, asumiendo que cada error de símbolo causa sólo un error de bit, la tasa de error de bit es aproximadamente:

Ya que las portadoras son independientes, la tasa general de error de bit es la misma que la tasa de error por portadora, como ocurre en BPSK y QPSK.

6. QAM Rectangular de "k-impar"

Para valores impares de k como en 8-QAM (K=3) es difícil obtener tasas de error de símbolo, pero un valor que puede ser aceptado, viene dado por:

7. QAM No Rectangular s la naturaleza de QAM que la mayoría de los diagramas de constelaciones de cualquier orden se pueden construir de muchas formas diferentes y no es posible cubrirlas todas. Los diagramas anexos muestran la disposición de los puntos en el plano para los esquemas 8-QAM y 16-QAM circular. La constelación 8-QAM circular es óptima, entre otras similares, ya que se requiere la mínima potencia promedio para una distancia mínima dada entre los puntos. No es así en la constelación de 16-QAM por estar debajo de lo óptimo, aunque para que lo sea, se puede construir una a lo largo de las mismas líneas de la constelación de 8-QAM. La constelación circular destaca la relación entre las modulaciones digitales QAM y PSK. Se pueden construir diagramas para otros órdenes de constelaciones a lo largo de similares (o muy diferentes) líneas. En consecuencia, es difícil de establecer expresiones para las tasas de error de la QAM Norectangular, ya que necesariamente ello depende de la configuración de la constelación. Sin embargo, un límite superior obvio vinculado a la tasa está relacionado con la distancia más corta en línea recta entre dos puntos, por lo cual la probabilidad de error de símbolo es definida como:

Una vez más, la tasa de error de bit depende de la asignación de los bits a símbolos. Aunque, en general, hay una constelación no rectangular que es óptima para una modulación M-QAM en particular, no utiliza ya que las señales en esquemas M-QAM Rectangulares son mucho más fáciles de modular y demodular.

Diagrama de constelación para 8QAM circular

Diagrama de constelación para 16-QAM circular

8. Conclusiones La importancia de este sistema de modulación se debe a la gran cantidad de aplicaciones asociadas a ella:    

Es empleada por módems para velocidades superiores a los 2400 bps (por ejemplo V.22 bis y V.32). Es la modulación empleada en multitud de sistemas de transmisión de televisión, microondas, satélite... Es la base de la modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal. Es la base de los módems ADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line) que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras. Posee las siguientes ventajas       

Mayor inmunidad al Ruido Menor consumo de energía eléctrica Menor costo Mayor capacidad para acarrear grandes cantidades de información respecto a los métodos de modulación analógica Proveen transmisiones de mejor calidad Mayor seguridad en la transmisión de información

9. Bibliografía

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dward A. Lee, David G. Messerschmitt , Digital Communication , Second Edition. KAP, 1994. (Ch. 16.- Carrier Recovery) John G. Proakis , Digital Communications. McGraw-Hill, 3o Ed. 1995

 Enlaces  https://es.scribd.com/document/82904816/QAM  https://telecomundo.wordpress.com/2016/10/16/modul aciones-m-arias-qam-y-qpsk/  https://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci %C3%B3n_de_amplitud_en_cuadratura