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SISTEMAS DE COMUNICACIÓN CÓDIGO: 2150504 Unidad 3 Tarea 3 - Realizar las modulaciones Digitales.

Presentado al tutor (a): Freddy Mayo Rentería

Entregado por el (la) estudiante: Edisson Iovanni Muñoz Barco Código: 16.458.474

Grupo: 2150504_20

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA NOVIEMBRE PASTO

INTRODUCCIÓN La señal digital son aquellas que están representadas por funciones que pueden tomar un cierto número finito de valores en cualquier intervalo de tiempo. Las técnicas de modulación digital se caracterizan porque la portadora es una señal analógica y la modulante es una señal digital. La actividad tiene como propósito, navegar y adentrarnos en los conceptos y técnicas de la modulación digital como la modulación de fase, de frecuencia, de amplitud y fase.

Actividades a desarrollar

Actividad individual

Para el desarrollo de los siguientes puntos es necesario revisar y analizar los recursos educativos de la unidad 3, disponibles en el entorno de conocimiento. Recuerde que puede consultar otras fuentes de información en internet.

Ejercicios teóricos

1. Modulación Digital

 Relacione y explique un modelo de comunicaciones digitales. MODELO DE COMUNICACIÒN DIGITAL

Fuente de información: Información susceptible de ser representado mediante una señal analógica y/o digital. Formador de señal: Conversor o convertidor de señal analógica a digital es un dispositivo electrónico capaz de convertir una señal analógica, ya sea de tensión o corriente, en una señal digital mediante un cuantificador y codificándose en muchos casos en un código binario en particular.

Codificador de fuente: Consiste en codificar (asignar) códigos binarios a información cuyo origen es contextual, caracteres o analógico. Codificador de canal: La finalidad de la codificación de canal es la detección y corrección de errores producidos en el canal de comunicación o en medios de grabación, como consecuencia del ruido y distorsión introducidos, tanto por el medio de propagación, como por las no linealidades en el propio sistema de transmisión. Filtro transmisor: Un filtro se puede definir como un dispositivo que se coloca entre las terminales de un circuito eléctrico/electrónico para modificar los componentes en frecuencia de la señal. Loa filtros se pueden diseñar para que funcionen a partir de corriente continua hasta más allá de 10 000 MHz. Modulador: El modulador es el dispositivo electrónico que varía la forma de onda de una señal de acuerdo a una técnica específica, para poder ser enviada por un canal de transmisión hasta el dispositivo o los dispositivos que incorporen un demodulador apto para dicha técnica. Canal de comunicación: Un canal es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de información entre emisor y receptor, que emite a un referente. Demodulador: En telecomunicación el término desmodulación o demodulación engloba el conjunto de técnicas utilizadas para recuperar la información transportada por una onda portadora, que en el extremo transmisor había sido modulada con dicha información. Este término es el opuesto a modulación. Filtro receptor: Aísla la señal que deseamos recibir del resto de las señales que llegan al equipo electrónico. El filtro de frecuencia intermedia aísla perfectamente la señal a demodular, ya que es un filtro de alta selectividad en frecuencia. Decodificador de canal: Un decodificador o descodificador es un circuito combinacional, cuya función es inversa a la del codificador. Decodificador de fuente: Convierte un código binario de entrada de N bits de entrada y M líneas de salida, tales que cada línea de salida será activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada. Receptor de información: Receptor, en teoría de la comunicación, es el agente que recibe el mensaje, señal o código emitido por un emisor, transmisor o enunciante; es el destinatario que recibe la información.

 Considerando un sistema de modulación digital, relacione cinco tipos básicos más comunes de modulación digital. Modulación ASK: la modulación por desplazamiento de amplitud, en inglés Amplitude-shift keying (ASK), es una forma de modulación en la cual se representan los datos digitales como variaciones de amplitud de la onda portadora en función de los datos a enviar. La amplitud de una señal portadora analógica varía conforme a la corriente de bit (modulando la señal), manteniendo la frecuencia y la fase constante. El nivel de amplitud puede ser usado para representar los valores binarios 0s y 1s. Podemos pensar en la señal portadora como un interruptor ON/OFF. En la señal modulada, el valor lógico 0 es representado por la ausencia de una portadora, así que da ON/OFF la operación de pulsación y de ahí el nombre dado. Modulación PSK: Consiste en un procedimiento de la onda portadora en función de un bit de dato (0 , 1). Un bit 0 corresponde a la fase 0; en cuanto al bit 1, corresponde a la fase g. Por tanto, este ángulo está asociado con un dato al ser transmitido y con una técnica de codificación usada para representar un bit. Se caracteriza porque la fase de la señal portadora representa cada símbolo de información de la señal moduladora, con un valor angular que el modulador elige entre un conjunto discreto de "n" valores posibles. Esta modulación 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. Modulación DPSK: La modulación por desplazamiento diferencial de fase (DPSK, que viene de differential phase shift keying), es una alternativa para la modulación digital, donde la información binaria de la entrada está compuesta en la diferencia entre las fases de dos elementos sucesivos de señalización, y no en la fase absoluta. Modulación BPSK: Es lo más sencilla de todas, puesto que solo emplea 2 símbolos, con 1 bit de información cada uno. Es también la que presenta mayor inmunidad al ruido, puesto que la diferencia entre símbolos es máxima (180º). Dichos símbolos suelen tener un valor de salto de fase de 0º para el 1 y 180º para el 0. En cambio, su velocidad de transmisión es la más baja de las modulaciones de fase.

Modulación MPSK (Multi-PSK): En este sistema la fase de la señal portadora puede tomar secuencialmente N valores posibles separados entre sí por un ángulo definido por

Este es un caso de transmisión multinivel, donde la portadora tomará los N valores posibles de acuerdo a los niveles de amplitud de la señal moduladora. http://modulaciondigital.blogspot.com/2010/11/resumen-modulacion-digital.html

 Como futuro experto qué tipo de modulación digital recomienda que se utilice para los escenarios propuestos, indique sus razones:

Escenario Bajas tasas de transmisión de datos

Tasas de datos moderadas

Tasas de datos altas

Tipo de modulación FSK Es inmune al ruido, sistema de almacenamiento y procesamiento, utilización de regeneradores de señal, las señales son más sencillas de medir y evaluar, mejor detección de errores y corrección, menor consumo de potencia. PSK La potencia de todos los símbolos es la misma, por lo que simplifica el diseño de los amplificadores y etapas receptoras reduciendo costos, dado que la potencia de la fuente es constante. QAM 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, compatibilidad con servicios digitales de datos, mayor seguridad en la transmisión de información.

2. OFDM

Relacione un diagrama de operación de OFDM e indique con sus palabras como es el mecanismo de funcionamiento, relacione sus ventajas y tecnologías donde emplean OFDM. OFDM es una técnica de transmisión que consiste en la multiplexación de un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cada una transporta información, la cual es modulada en QAM o en PSK. OFDM se ha convertido en un esquema popular para la comunicación digital de banda ancha, que se utiliza en aplicaciones como la televisión digital, radio digital, acceso a Internet mediante línea de abonado digital (DSL), redes inalámbricas, comunicaciones mediante redes eléctricas y la telefonía móvil 4G. DIAGRAMA DE OPERACIÒN OFMD

La señal de entrada de un sistema OFDM es una trama serial de datos (codificados o sin codificar). Estos datos pasan a un formato en paralelo formando símbolos de n bits de longitud de acuerdo a esquemas de modulación tales como M-PSK o MQAM (mapeador). A la salida del mapeador se tienen símbolos (la nueva trama de datos multinivel), ortogonales entre sí y a cada uno de ellos se les asignará una subportadora por medio de la IFFT. Solo una pequeña cantidad de datos son transportados en cada subportadora y por esto la velocidad de bit por portadora disminuye, reduciendo significativamente la interferencia intersímbolo ISI. La utilización del Buffer permite almacenar N datos mapeados, para poderlos introducir a la IFFT y así generar los símbolos OFDM. La IFFT genera múltiples portadoras a diferentes frecuencias ortogonales dividiendo el ancho de banda disponible entre un número N de subportadoras. La trama de datos en paralelo sujeta al proceso IFFT constituye la modulación OFDM. La IFFT convierte un número de puntos de datos complejos (amplitud y fase de cada componente) de longitud N la cual es una potencia de 2, en una señal en el dominio del tiempo de igual número de puntos. Después de la modulación OFDM, los datos son

nuevamente convertidos a un formato serial y se agrega un intervalo de guarda en cada símbolo OFDM para suprimir la interferencia intersímbolo ( ISI ) causado por la distorsión multitrayectoria. La señal OFDM se pasa por un conversor D/A para producir una señal análoga en banda base, la cual es modulada en RF para ser transmitida. La señal se transmite a través de un canal que agrega desvanecimiento multitrayectoria y ruido aditivo blanco gaussiano (AWGN). En el receptor se realiza el proceso inverso al transmisor, es decir se realiza la conversión a banda base, la señal recibida se pasa por un conversor A/D. Posteriormente se lleva a cabo un proceso de sincronización. Después de la sincronización, el prefijo cíclico es removido del símbolo OFDM y se aplica la FFT. La transformada rápida de Fourier FFT transforma una señal periódica en el dominio del tiempo en su equivalente espectro de frecuencia. Esto es hecho para encontrar la forma de onda equivalente, generada por una suma de componentes sinusoidales ortogonales. Los bins de la FFT de la señal en el dominio del tiempo corresponden al peso de cada una de las portadoras, las cuales son subsecuentemente desintercaladas, decodificadas con el algoritmo apropiado y demapeadas para dar un estimativo de los datos originales. https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/reving/article/view/2699/3891 Las ventajas de modulación OFDM:       

Un uso más eficiente del espectro al permitir el solapamiento, dividiendo el canal en subcanales de banda estrecha. OFDM es más resistente al desvanecimiento selectivo de frecuencia que en los sistemas de portadora única. Elimina ISI e ICI a través del uso de un prefijo cíclico. Utilizando una adecuada codificación de canal y con el intercalado de bit se recuperan símbolos perdidos debido a la selectividad de frecuencia del canal. La ecualización del canal se vuelve más simple en comparación con las técnicas de ecualización adaptativas de los sistemas de portadora única. OFDM es computacionalmente eficiente utilizando las técnicas de FFT para llevar a cabo la modulación y la demodulación. Proporciona una buena protección contra la ICI y el ruido impulsivo.

Las desventajas de Modulación OFDM:  

Uno de los argumentos contra OFDM es que este es altamente sensitivo a errores de sincronización, en particular a errores de frecuencia. Es más sensible al desplazamiento y fluctuación de la frecuencia portadora que los sistemas de portadora única debido a la filtración de la DFT.

3. Ruido en la Modulación Digital  Diligencie en la siguiente tabla, los tipos de ruidos presentes en la transmisión digital, con sus palabras descríbalos. Tipo de ruido

Descripción Es la agitación térmica de los electrones, està presente en todos los dispositivos electrónicos y medios de transmisión. Su función está dada Ruido Térmico por el cambio de temperatura persibible por los elementos electrónicos que componen los dispositivos involucrados en los diferentes sistemas de comunicación. Son señales de distintas frecuencias que Ruido de comparten el mismo medio de transmisòn. El Intermodulación efecto del ruido es la aparición de señales a frecuencias que sean suma o diferencia de las dos frecuencias originales. Perturbación electromagnética producida en un Diafonía canal de comunicación por el acoplamiento de este con otro u otros vecinos. Perturbación electromagnética producida en un Ruido Impulsivo canal de comunicación por el acoplamiento de este con otro u otros vecinos.  Relacione el concepto de interferencia entre símbolo y el uso del diagrama del ojo. Interferencia de Símbolos. La interferencia entre símbolos (ISI) es una forma de distorsión de una señal en la cual un símbolo interfiere con símbolos posteriores. Es un fenómeno no deseado ya que los símbolos anteriores tiene un efecto similar al del ruido, lo que hace que la comunicación sea menos fiable. La extensión/propagación del pulso más allá del intervalo de tiempo asignado hace que interfiera con los pulsos/ritmos vecinos. ISI es normalmente causada por la propagación por trayectos múltiples o respuesta de frecuencia lineal o no lineal inherente de un canal que hace que los símbolos sucesivos se “desenfoquen” juntos. La presencia de ISI en el sistema conlleva a errores en el dispositivo de decisión en la salida del receptor. Por lo tanto, en el diseño de los filtros de transmisión y recepción, el objeto es minimizar los efectos del ISI, y así mandar los datos digitales a su destino con la menor tasa de error posible. Interferencia entre símbolos. (2019, 22 de octubre). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 01:04, noviembre 19, 2019 desde

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Interferencia_entre_s%C3%ADmbolos &oldid=120634174. Diagrama del Ojo. El diagrama de ojo o patrón de ojo es un método utilizado para el análisis del comportamiento de los enlaces de transmisión. Permite analizar las formas de onda de los pulsos que se propagan en un enlace de comunicaciones, para lograr observar sus formas, desfases, niveles de ruido, potencias de las señales y con ello apreciar la distorsión del canal (ISI), la severidad del ruido o interferencia y los errores de sincronismo en el receptor. Diagrama de ojos. (2019, 11 de julio). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 01:04, noviembre 19, 2019 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Diagrama_de_ojos&oldid=117348499.

Relación: El diagrama de ojo es una técnica para analizar las distorsiones o interferencias (ISI) que se dan en una señal a lo largo de su transmisión, Con esta técnica se puede tomar decisiones en cuanto a la mejora de la calidad de la señal final o para referencia y monitoreo de la misma.

Ejercicios prácticos 4. Calcule la capacidad de un canal telefónico si se cuenta con un ancho de banda disponible de (A) Mhz y la relación señal a ruido de (B) dB.

Datos (A): 4 (B): 74 B=4Mhz= 4000000Hz S/N=74Db

Formulas 𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁) 𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁)

Solución 𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 74𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 74 = 𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 10 7.4 = 𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 107.4 = 𝑆/𝑁 𝑺/𝑵 = 𝟐𝟓𝟏𝟏𝟖𝟖𝟔𝟒

𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁) 𝐶 = 4000000𝐿𝑜𝑔2(1 + 25118864) 𝐶 = 4000000 ∗ 24.58 𝑪 = 𝟗𝟖. 𝟑𝟐𝟎𝑴𝒑𝒔 R// La capacidad del canal telefónico es de 98.320Mps.

5. ¿Qué ancho de banda se requeriría para transmitir una señal DS-1 (2.638 Mb/s) usando un código de cuatro niveles, teniendo en cuenta:  Suponiendo un canal sin ruido?  Con una relación señal a ruido de (10+A) dB?

Datos (A): 4 (B): 74 C=2638Mbps M=4 S/N=14dB Formulas 𝐶 = 2𝐵𝐿𝑜𝑔2𝑀 𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁) 𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁)

Solución 𝐶 = 2𝐵𝐿𝑜𝑔2𝑀 𝐵=

𝐶 2𝐵𝐿𝑜𝑔2𝑀

𝐵=

2638 2𝐵𝐿𝑜𝑔2 ∗ 4

𝑩 = 𝟔𝟓𝟗. 𝟓𝑴𝒃𝒑𝒔 R// Para transmitir una señal DS-1 en un canal sin ruido, se requiere un ancho de banda de 659.5Mbps.

𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 14𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 14 = 𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 10 1.4 = 𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 101.4 = 𝑆/𝑁 𝑺/𝑵 = 𝟐𝟓. 𝟏𝟏

𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁) 𝐵=

𝐶 𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁)

𝐵=

2638 𝐿𝑜𝑔2(1 + 25.11)

𝐵=

2638 4.70

𝑩 = 𝟓𝟔𝟏. 𝟐𝑴𝒃𝒑𝒔

R// Para transmitir una señal DS-1 en un canal con una relación señal ruido, se requiere un ancho de banda de 561.2Mbps.

6. Si se utiliza ASK para transmitir datos a una velocidad de (B) Kbps sobre un canal telefónico, con un ancho de banda de 400 a 3200 Hz. Determine:  Cuántos estados de símbolo se requieren.  Capacidad del sistema ASK si la relación señal a ruido en el enlace telefónico es de (B) dB

Datos (A): 4 (B): 74 C=74Kbps=74000bps B=3200-400Hz=2800Hz S/N=74dB Formulas 𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2𝑀 𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁) 𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) Solución 𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2𝑀 74000 = 𝐿𝑜𝑔2𝑀 2800 26.42 = 𝐿𝑜𝑔2𝑀 226.42 = 𝑀 𝑀 = 89.7

R// Se requieren 89.7 estados de símbolo para transmitir.

𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 74𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁)

74 = 𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 10 7.4 = 𝐿𝑜𝑔10(𝑆/𝑁) 107.4 = 𝑆/𝑁 𝑺/𝑵 = 𝟐𝟓𝟏𝟏𝟖𝟖𝟔𝟒

𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆/𝑁) 𝐶 = 2800𝐿𝑜𝑔2(1 + 25118864) 𝐶 = 2800 ∗ 24.58 𝑪 = 𝟏𝟏𝟑. 𝟗𝟏𝒃𝒑𝒔

R//La capacidad del sistema es de 113.91bps.

A = último dígito de la cédula, si es 0 tomarlo como 10 B = últimos dígitos de la cédula, si es 00 tomarlo como 100

Ejercicio simulado

7. El ejercicio simulado se puede desarrollar a través del software como Matlab o Simulink; el link de descarga de éste software se encuentra en el entorno práctico.

Teniendo en cuenta el diagrama presentado, desarrollar la simulación con las herramientas antes mencionadas de la modulación: ASK, FSK y OOK. Tomar la frecuencia de la señal seno del modulador ASK y OOK como (100 x B) Hz; la frecuencia de las señales seno del modulador FSK deben ser señal seno 1 a (10 x A) KHz y señal seno 2 a (20 x A) KHz

ASK

FSK

OOK

CONCLUSIONES 

Se incorporan nuevos conceptos de Modulación.



Se reconocen los Ruidos en la Modulación Digital



Se adquiere nuevos conocimientos mediante ejercicios prácticos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Multiplexación por división de frecuencias ortogonales. (2019, 11 de julio). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 04:32, noviembre 18, 2019 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Multiplexaci%C3%B3n_por_divisi%C3 %B3n_de_frecuencias_ortogonales&oldid=117351156. https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstream/handle/ucordoba/547/TESIS%20 OFDM%20FINAL.pdf?sequence=1&isAllowed=y https://revistas.udistrital.edu.co/index.php/reving/article/view/2699/3891 https://www.monografias.com/trabajos109/ruido-e-interferencias-digitales/ruidoe-interferencias-digitales.shtml