• Author / Uploaded
• Kevin Muyón Rivera

Citation preview

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

INFORME ASIGNATURA:

Sistemas de comunicaciones

PERIODO LECTIVO:

OCTUBRE 2018 – NIVEL: FEBRERO 2019

Sexto

DOCENTE:

Ing. César Naranjo

NRC:

3123

2

TEMA:

Modulación PAM, PWM Y PPM

ALUMNOS

ALEGRÍA JAIME, BEJARANO ALAN, CAJAMARCA ALEX

INFORME N°:

INTRODUCCIÓN:

MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSOS (PAM) La modulación de amplitud de pulso se denota como PAM (Pulse Amplitude Modulation) y se produce al multiplicar una señal f(t) que contiene la información por un tren de pulsos periódicos pT(t). Al realizar el producto, la amplitud de los pulsos será escalada en magnitud por la amplitud de la señal f(t). De esta manera el resultado final es un tren de pulsos cuyas amplitudes son función del valor de la señal f(t) en cada uno de ellos. Es la más sencilla de las modulaciones digitales. Consiste en cambiar la amplitud de una señal, de frecuencia fija, en función del símbolo a transmitir. Esto puede conseguirse con un amplificador de ganancia variable o seleccionando la señal de un banco de osciladores. Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas. Si representamos las amplitudes en el plano complejo tenemos lo que se llaman constelaciones de señal (incluir dibujo). En función del número de símbolos o amplitudes posibles se llama a la modulación N-PAM. Así podemos tener 2PAM, 4PAM, 260PAM. De la correcta elección de los puntos de la constelación (amplitudes) depende la inmunidad a ruido (distancia entre puntos) o la energía por bit(distancia al origen).

Figura Nº 1 Señal de modulación PAM

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

PAM: Modulación de Amplitud de Pulso: la amplitud de un pulso de posición y ancho constante varía de acuerdo a la amplitud de la señal analógica Este tipo de modulación es la consecuencia inmediata del muestreo de una señal analógica. Si una señal analógica, por ejemplo de voz, se muestrea a intervalos regulares, en lugar de tener una serie de valores continuos, se tendrán valores discretos a intervalos específicos, determinados por la, que debe ser como mínimo del doble de la frecuencia máxima de la señal muestreada. En la modulación de pulsos, lo que se varía es alguno de los parámetros de un tren de pulsos uniformes, bien sea su amplitud, duración o posición. En este tipo de modulación se distinguen dos clases: modulación analógica de pulsos, en que la información se transmite básicamente en forma analógica, pero la transmisión tiene lugar a intervalos discretos de tiempo y modulación digital de pulsos en que la señal de información es discreta, tanto en amplitud como en tiempo, permitiendo la Transmisión de datos como una secuencia de pulsos codificados, todos de la misma amplitud. Este tipo de transmisión no tiene contraparte en los sistemas de onda continua. En la modulación digital, la señal de información es un flujo binario compuesto por señales binarias, es decir cuyos niveles de voltaje sólo son dos y corresponden a ceros y unos. La señal de muestreo es en general una sucesión de pulsos unipolares, cuyas amplitudes son proporcionales a los valores muestra instantáneos del mensaje de datos.

Figura Nº 2 Procesos de la modulación PAM

En función del número de símbolos o amplitudes posibles se llama a la modulación N-PAM. Así podemos tener 2PAM, 4PAM, 260PAM. Este tipo de modulación recoge información análoga, la muestra, y genera una serie de pulsos basados en los resultados de la prueba, de la correcta elección de los puntos de la constelación (amplitudes) depende la inmunidad a ruido (distancia entre puntos) o la energía por bit (distancia al origen). En la Modulación por amplitud de pulsos (PAM), la señal original se muestra a intervalos iguales, ésta usa una técnica llamada probada y tomada, donde en un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. Un diagrama de bloques para un generador de modulación de amplitud de pulsos, es:

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

Figura Nº 3 diagrama de bloques para un generador de modulación de amplitud de pulsos

VENTAJAS El método de prueba usado en PAM es más eficaz en otras áreas de ingeniería que en la comunicación de datos (informática). Aunque PAM está en la base de un importante método de codificación analógica - digital llamado modulación de código de pulso (PCM). DESVENTAJAS Ineficaz en comunicaciones debido a que aunque traduzca la forma actual de la onda a una serie de pulsos, siguen teniendo la amplitud de pulsos todavía señal analógica y no digital. Para hacerlos digitales, se deben de modificar usando modulación de código de pulso (PCM). La transmisión de las señales moduladas por amplitud de pulsos impone condiciones severas respecto a las respuestas en magnitud y fase del sistema, a causa de la corta duración de los pulsos. Por otra parte, el comportamiento de un sistema PAM respecto al ruido nunca puede ser superior al de transmisión en banda base. Este tipo de modulación es la consecuencia inmediata del muestreo de una señal analógica. Si una señal analógica, por ejemplo de voz, se muestrea a intervalos regulares, en lugar de tener una serie de valores continuos, se tendrán valores discretos a intervalos específicos, determinados por la, que debe ser como mínimo del doble de la frecuencia máxima de la señal muestreada. En la modulación de pulsos, lo que se varía es alguno de los parámetros de un tren de pulsos uniformes, bien sea su amplitud, duración o posición. En este tipo de modulación se distinguen dos clases: modulación analógica de pulsos, en que la información se transmite básicamente en forma analógica, pero la transmisión tiene lugar a intervalos discretos de tiempo y modulación digital de pulsos en que la señal de información es discreta, tanto en amplitud como en tiempo, permitiendo la Transmisión de datos como una secuencia de pulsos codificados, todos de la misma amplitud. Este tipo de transmisión no tiene contraparte en los sistemas de onda continua. En la modulación digital, la señal de información es un flujo binario compuesto por señales binarias, es decir cuyos niveles de voltaje sólo son dos y corresponden a ceros y unos. La señal de muestreo es en general una sucesión de pulsos unipolares, cuyas amplitudes son proporcionales a los valores muestra instantáneos del mensaje de datos. MODULACIÓN POR ANACHO DE PULSOS (PWM) La modulación por anchura de pulsos (ó PWM, del ingles pulse-width modulation) es una técnica de modulación en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica para, entre otras cosas, variar la velocidad de un motor. El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación al período. Cuando mas tiempo pase la señal en estado alto, mayor será la velocidad del motor.

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

Este tren de pulsos, en realidad, hace que el motor marche alimentado por la tensión máxima de la señal durante el tiempo en que esta se encuentra en estado alto, y que pare en los tiempos en que la señal esta en estado bajo. En PWM, la señal f(t) se muestrea en forma periódica a una tasa bastante rápida como para satisfacer los requisitos del teorema del muestreo. En cada instante de muestreo se genera un pulso de amplitud fija y ancho proporcional a los valores de muestra de f(t), con un ancho mínimo asignado al valor mínimo de f(t).

Figura Nº 4 Diagrama del circuito PWM

RECUENCIA DE LA SEÑAL PORTADORA La frecuencia de la señal portadora no debe ser elegida alegremente, si no que se debe tener en cuenta que la relación de amplitudes entre la señal portadora y la moduladora sean tales, que la relación entre la frecuencia de la portadora y la de señal sea de 10 a 1 como mínimo.

Figura Nº 5 Señal de la portadora con una señal diente de sierra

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

Figura Nº 6 Generación de la modulación de ancho de pulsos

Figura Nº 7 Generación de pulsos PWM

MODULACIÓN DE POSICIÓN DE PULSO (PPM) La Modulación por Posición de Pulso, o en inglés, Pulse Position Modulation (PPM), En donde la Amplitud y el ancho son fijos y la posición en variable, es un tipo de modulación en la cual una palabra de R bits es codificada por la transmisión de un único pulso que puede encontrarse en alguna de las posiciones posibles. Si esto se repite cada X segundos, la tasa de transmisión es de R/X bits por segundo. Este tipo de modulación se usa principalmente en sistemas de comunicación óptica, donde tiende a haber poca o ningún tipo de interferencia por caminos múltiples. Si esto se repite cada X segundos, la tasa de transmisión es de R/X bits por segundo. Este tipo de modulación se usa principalmente en sistemas de comunicación óptica, donde tiende a haber poca o ningún tipo de interferencia por caminos múltiples. Una de las principales dificultades en la implementación de esta técnica es que el receptor debe estar debidamente sincronizado para poder alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo. Por este motivo, se implementa usualmente de manera diferencial, como Modulación por Posición de Pulso Diferencial, donde la posición de cada pulso es elegida

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

en función del pulso anterior, y de esta manera, el receptor sólo debe medir la diferencia de tiempo entre la llegada de los sucesivos pulsos. Con este tipo de modulación, un error en el reloj local se podría propagar sólo a la medición de dos pulsos adyacentes, en vez de a toda la transmisión. La principal desventaja de la MPP es que es de por sí muy sensible a la interferencia por caminos múltiples que surge en canales con desvanecimientos selectivos en frecuencia, donde la señal en el receptor contiene ecos de los pulsos transmitidos. Los equipos más viejos de radio control usaban PPM para las posiciones de los joysticks. Tanto la PWM como la PPM son métodos de modulación no lineales, por lo que no puede aplicarse directamente al análisis de Fourier. Creación del PPM con el 555, esta aplicación utiliza el temporizador conectado a la operación astable, con una señal de modulación aplica de nuevo a la terminal de control de tensión. La posición del pulso varía con la señal de modulación, ya que la tensión de umbral y por lo tanto el tiempo de demora, es muy variada. Sincronización Una de las principales dificultades en la implementación de esta técnica es que el receptor debe estar debidamente sincronizado para poder alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo. Por este motivo, se implementa usualmente de manera diferencial, como Modulación por Posición de Pulso Diferencial, donde la posición de cada pulso es elegida en función del pulso anterior, y de esta manera, el receptor sólo debe medir la diferencia de tiempo entre la llegada de los sucesivos pulsos. Con este tipo de modulación, un error en el reloj local se podría propagar sólo a la medición de dos pulsos adyacentes, en vez de a toda la transmisión.

Figura Nº 8 Modulación PPM

Se tiene un conjunto de pulsos de la misma anchura, en ausencia de señal moduladora los pulsos están igualmente espaciados, según el valor de la señal moduladora (línea amarilla continua), los pulsos se atrasan o se adelantan respecto al instante que les correspondería aparecer. Estos instantes están señalados como las marcas pequeñas en

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

la línea media del gráfico. Para señal moduladora positiva observar como ocurre retraso en la aparición del pulso, y para señal negativa ocurre adelanto. Cuando la señal moduladora está en valor cero el pulso ocurre en su instante correcto.

Figura Nº 9 Señal modulada PPM y la señal moduladora

OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL Diseñar un PPM, PAM, PWM OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Investigar que es la modulación de posición de pulso.  Conocer y estudiar los circuitos de modulación de posición de pulso  Diseñar el circuito PAM, PPM, PWM. EQUIPOS Y MATERIALES:



Circuito integrado 555



Capacitores (10nF, 1nF, 0.1uF, 100uF)



Resistencia (1.2k Ω, 12K Ω, 10K Ω, 1k Ω, 3.3k Ω, 200Ω)



Diodo 1N4007



Transistor 2N3904



Circuitos integrados LM741 (5 unidades)

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA CARRERA: Electronica e Instrumentación

ACTIVIDADES POR DESARROLLAR: Se procede a implementar los siguientes circuitos: 1.

El primer 555 genera la señal portadora con una frecuencia de 10kHz

Figura 10. Generador de señal portadora. 2.

Un switch de numeración 4066 que genera la señal PAM de primera especie.

Figura 11. Switch 4066 3.

Se procede a generar la etapa de filtrado para obtener un PAM de segunda especie.

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA CARRERA: Electronica e Instrumentación

Figura 12. PAM de 2da especie.

4.

A continuación se envía la señal a dos 555 para generar las señales PWMy PPM respectivamente.

Figura 13. PWM y PPM

5.

El circuito completo se muestra a continuación.

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA CARRERA: Electronica e Instrumentación

Figura 14. Circuito completo PAM, PPM y PWM.

RESULTADOS OBTENIDOS: Los resultados obtenidos por el osciloscopio son los siguientes: PAM de 1ra especie.

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA CARRERA: Electronica e Instrumentación

PAM de 2da especie

PWM

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

PPM

CONCLUSIONES:

 Consiste en desplazar los pulsos desde una posición de referencia hasta otra, en función del valor de la señal f(t).  La modulación por posición de pulso mantiene constante la anchura y la amplitud de los pulsos.  Para la modulación por posición de pulso es necesario q no haya interferencia por caminos múltiples y no se distorsione la señal.  Nos pudimos dar cuenta q este tipo de modulación posee sensibilidad a los cambios por caminos múltiples.  Se logró observar las 4 formas de onda esperadas, el 555 colocado al inicio de todo el circuito esta como generador de una señal portadora a una frecuencia mayor que una señal senoidal.

 Si se varía la frecuencia de la señal portadora a valores cercanos al de la señal moduladora, se puede apreciar la pérdida de la señal de información.

RECOMENDACIONES:  Tener mucho cuidado al momento de realizar la placa, ya que se está trabajando con materiales y herramientas peligrosas se deben tomar las seguridades adecuadas, como, por ejemplo, guantes al usar el ácido protección contra el cautín, etc.

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CÓDIGO: SGC.DI.505 VERSIÓN: 1.0 FECHA ULTIMA REVISIÓN: 26/10/16

CARRERA: Electronica e Instrumentación

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DE LA WEB: PAPERS AND APPLICATION NOTES FERNÁNDEZ. []

Marcos

Martín.

Modulaciones

angulares.

Internet:

Frequency Modulation. Internet: [] OTÁLVARO CARDONA. Natalia. Modulador PPM [] LÓPEZ. Gonzalo, CUADRADO. William y DUQUE. Jorge. Guía Práctica De Laboratorio De Telecomunicaciones I. Cartagena. Publicaciones Un tecnológica. 2008.