6
Ingeniería 38 Vol. 10 No. 2 Adecuación de un canal digital para la emisora de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas José Ignacio Castañeda Fandiño 1 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio- nes de la Universidad Distrital GITUD. Artículo recibido en Septiembre de 2005 Aceptado en Octubre de 2005 RESUMEN La transmisión de datos a través de la señal de audio de una emisora de FM es posible gra- cias al ancho de banda disponible (WB). Este paper describe una solución para adecuar un proyecto anterior que tuvo como objetivo la transmisión de datos usando el WB dedicado para este propósito. Se explica cómo se utiliza un WB más angosto y se logra una velocidad de transmisión más alta, mostrando compara- tivamente las ventajas que acompañan al nue- vo sistema. Palabras Clave: Modulación Digital, Modu- lación Analógica, Espectro de Frecuencias, Modulación de Frecuencia. ABSTRACT The Data Transmition through audios signal of a FMs broadcasting station is possible thanks to wide band (WB) available. This paper describes one solution to improve a last project, which was implemented to transmit data using the WB dedicated to this porpouse. It explain how a WB more narrow is used and also is possible a greater transmition rate, showing comparatively the advantages that accompany to the new system. Key Words: Digital modulation, analog modulation, frecuency espectrum, frecuency modulation. 1. INTRODUCCIÓN El ancho de banda asignado a una emisora de FM le permite a ésta transmitir información de audio de alta calidad, usando para este pro- pósito las frecuencias comprendidas entre 0 y 15 kHz para la parte monofónica y las frecuen- cias desde 19 kHz a 53 KHz para la estereofónica, siendo el tono de 19KHz utili- zado como piloto para la detección de la señal estereofónica, el cual le permite a un receptor engancharse sin dificultades para recibir dicha señal. El sonido estereofónico está compren- dido entre 23 kHz y 53 kHz, usando modula- ción DSB-SC con una subportadora de 38 kHz, la cual se produce con la multiplicación x 2 del tono Piloto. La transmisión de un canal de audio deja es- pacio para material adicional dentro del ancho de banda asignado. El sistema Subsidiary Communications Authorization (SCA) permi- te, por medio de una autorización a una esta- ción comercial FM, añadir otro canal de radio además del monofónico y el estereofónico. Actualmente el sistema de mayor uso utiliza una portadora centrada en los 67 KHz con un an- cho de banda de 10 KHz. Estas subportadoras pueden llevar 5 KHz de programación adicio- nal de audio, que puede ser utilizada en siste- mas que brinden servicios de traducción de idiomas o servicios subsidiarios de música por suscripción, conocida como música ambiental., etc. Desde 1955 una estación de FM puede usar Figura 1. Espectro de un sistema de estéreo multiplex la técnica de multiplexación de frecuencia para dividir su canal en un canal principal y varios subcanales. Un subcanal se destina para la se- ñal estéreo y los otros pueden ser usados para música u otros propósitos. Para mantener li- mitado el ancho de banda a las condiciones de transmisión, se reduce la amplitud máxima de estas señales, ya que la amplitud de las señales se ve reflejada en una desviación de frecuen- cia, con lo cual se logra adaptarla al sistema de

1# # = # > #? # · ( $# #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 1# # = # > #? # · ( $#  #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

�����������# �������������

����%���&�����%���������������(��������$�#����������<��1��#������#�������=�����#���>�#?���������#

� &.������� 8�&��:���7����:

1 Miembro Grupo de Investi-gación en Telecomunicacio-nes de la UniversidadDistrital GITUD.

������� �������� ��������������������

�������� ���� �������������

��������������������� �� ����������� �������&��

���� �� ������������� ��85��������������9������������� ����� �� ���������#I@%��-�������� �������������������������� �������������������������������������������������� �� ������� ����I@� � ��� �����������������1���0����������������� ����I@����������������������������� � ��������������������������� �������9�����������������������������&���������9���������

���!����4����*�5 ��������)�������5 �9�������6����������-������ ��8�����������5 �������� ��8����������

���������<���)���<����������������� �;��������

�� �� 85;�� ��� ������� ����� ��� ����������H���G� ����� �#I@%������������<��������� ��������������������������������������G�����G������������ ��������� �����������I@� � ���� ��������������"��0������G���I@���������G������� ��� ����������������������������������������G������������������� �������������������������G�������

#���5���*�)������� ������� ������ ������������������������������������� ������

������������� �-������� ����� �������� �������������

��85������������������������������������ ���� �� ���������� � ������ ������������9��������������������������� � ��������N��'2�H� ������������������������������������9����� �� �� 'W� H� � �� 2O� \� � ����� ������������������� ������ ��'W\� �����9 � ���������������� �������� �������&��������������������������������������������

���������������� ������� ���������������� ������&����-����� ����������������������9 � ������(O�H� ���2O�H� ������ �� ���9�����)1@91.�������������� ��� ��OP�H� �������������� ������������������������0�(� ����3���

�������������� ����������� ���� �� ������9������������������� ������� ���� ������� �� ��� �� ������ �� -�� ������� 1���� ����.�����������6���� ����#1.6%������9�������� �� ���������� ���������������9��������������85���&� ����������� ���� �� ����� ���������������������������6������������������� �������������� �������� �������� ��������RV�\� ���������9��� ����� �� ��'N�\� ��-���������� ������ ����������2�\� � ��������������� ���9���� ���� ���������� ���������� � ���������9������������ ������������ ���� ������� �� �������������������� ������ ���4������������������������ ������4�������������������)�� ��'W22������������� ��85���� ������

Figura 1. Espectro de un sistema de estéreo multiplex

���������� ���������0������ ����������������� ��� �����������������������������������������������������=�������������� ����������������9&�������������������� ���������� �������4�������������������3��������������9��� ��������� ����� ���������� ������� ������������������ ������������� ���0���� ��������&���������������������� � ��������&����������������� ��������� ���������� ���������9������������������������ ����������������� �

Page 2: 1# # = # > #? # · ( $#  #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

�����������$�������������

���������������������������������� ����������������� ����� �������������������������'����������������� ���������������������9���������������� ������������85�

-������� �������������� ��������������9������������������������ ��������������� ����=������� � �)�������8��������S��� ��.��9 �����6=)�WN�$�85�-1<-7-Z�������(NN(������� ���� �������� ����� ��#I@%� � �9�� �������������������������������������9���� � � �������������� ���������5������� ��.�������������-����������������� ��9������������������������ ������ ���������9���������0���������������� ������������������ ��������������� �������� ��������9����� ���� ���������� ������������������������ ������ ��1.6� ����������������������������� ��������� ������������� �� ����������������������������� ��������� � ���#�����������������������&��� ���� ��� � ���� � �%����������������������� ������������

!���"���������������"����"��� �-�������� ������������ ����������������9

����/�� ��������������� ����� �������� �������� �������������3�������������������������������������������� ������������J'K*

U <��� ��5 �������* 51\U [���Y�=��� � �* @�� �������1.6

#2W�E�V2%�H� U 6���� ��@�� �* 'N�H� ����0�U ?���� � � ��<0* '�H���

)��� ��������������������� ���������������������� ����� ������������� ������9����������������� ��� �������� ������������ ��*

U �-����������-��������#���M� %U �7�� ������ ��3������� � � ��-���U �5���������� ������ ���������

-0���������������������� ��� ������� ������������� ��������������������������������������� ����������������������������������������� � �������� ����������������0��������� ��������� ������������������9���� � � ��������� ������� �������������9 � ������� �� ��� �����������������9

������������������������������"�J(K���������������������� ����� ������ ���������� � ������������������������������������� � ��6������ ����������'������� �� � ����������0��9����� �� ��� ��������������� �������9 ���������������������� ������� ����� �#I@%������������������������ ���������������������������������������� ��� �9������������������������� ���������� �9��������������������������������������������� ������ ���������� � � �����������9����������������������������������49���� ���������� ������� �������������������� ������� ��31\� ��P���'R��1���������������������������������������������������9�����������������������������������������9���������������� �����������������������������/31\���51\�������� �������������� ����������������������������� ������ ��� ����������������>����4�������9��������������������� �������� ������6����������������������� ������������������������������������� ������ ���������� ���9 ��������

BPSKDPSKMSKQAMQPSKDQPSK8-PSK16-PSK

Tipo deModulación

8.49.38.48.48.410.711.816.2

9.410.69.49.59.911.812.817.2

Sistema idealEb / ηηηηη(dB)

Banda LimitadaEb / ç (dB)

Banda LimitadaB.W.Eff. (bps/Hz)

Grado deComplejidad

0.80.81.91.71.91.82.62.9

MediaMedia-Baja

MediaMediaMediaMediaAltaAlta

Tabla I. Comportamiento de Error de métodos representativosde modulación digital (filtro no ideal con r=0.5, logrando una

aproximación a un ancho de banda promedio)

������������������������� �����������51\���/31\���������������������������9���������������������� ������������ �9������������������������������������� �� ����������������������������� ������� ����9 � ���������� ��������� �������&��� �����/31\�T�Z/31\���

( ) ( ) 222 'x b bS A T S a Tω ω= #'%

����� ���� � ���������� ��������� �����51\���

( )

( )

22

22

16 cos '

1 2 ' /b b

x

b

A T TS

T

ωωπ ω π

=

− #(%

&�� ���������

����������

���� ������

���'�������

��������$����

���������������

�����������

������� �����

���� ���

Page 3: 1# # = # > #? # · ( $#  #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

������������ �������������

#O%

� ��ω;����������������������� �������� � � �� ������������������� ��������������(�JOK������������������ ����������������#'%���#(%����������������������������� ��������51\����������������������������������#������9���������������N�V2M<�%���������� ��������/31\���Z/31\�#���������������������N�2NM<�%�������� ���� � ���������� ��������� ����� ��������51\����������������������������������������������� �������� ����������9����� ��������������� ��������������� ����9�������� �������� ����� ����������������9 �������������������������ω9$������ ������������������ ����-�������������������������������� ����������� ������� ������ ����� ������������� ��������������""�J'K�

Tabla II. Comparación de ancho de bandade la señalización MSK y QPSK

-��51\������� �������������������������������� �

Figura 2. Densidades Espectrales de Potenciade las ondas MSK, QPSK Y OQPSK

Anchos de Banda

Tipo de Modulación

QPSK, OQPSKMSK

- 3dB

0.44 / Tb

0.59 / Tb

- 50 dB

100/Tb

8.18 / Tb

99% del Contenidode Potencia

10.3/Tb

1.17/Tb

2 bT nω π∆ =

1��� ��∆ω���� ��������������������������9���������������������������������� ������#'��N%>�)

���������� �������������4���������

3���������������������������������������9������������������� ������������*

#$% 2bTπω∆ =

#2% 12 2bfT∆ =

.������������������������� ���������9���������ω

.���ω

7�������������������� ��� ��

����&���81\���������������������������������������������� �����81\����������.������� �������:�����������>?�����&>#;(�J'K��JRK�

������ ����������������������������81\��������������������������������� ����� �����0�������������������������� �������9&��������������������� ��� �������� � ������������� ���������� ��� �����������������������-�������������������� ��������� ������&���81\������������������������������ �������������������������������� ����� � ��� ���� ��� ������� ��� �� ���������������������.������������������09��������������������������������� ��������&���81\��51\��������������������#8������O%������ �� ����������������� ������� ��J$K�=��� ���������� �� �� ������������$NH�����������������������������81\� ��VN\� ���WN�\� ���������51\� ��RN�\� ���PN

)� ��������������������� ��)���� � �-����9���� ��3�����������������51\������������ �������������� � ��������������� ������������ �� ���������������������������������������� ���������� � � ��������� ����������������������� ���� ������� ���������������������� � ���

&������"��� ����6��� ������� ��� �������� ������51\

#>�������# ����;��������:������ �������:������������>?����%����������������� ��81\��������������������������������������� ���9��� ��������������J'K��J$K��J2K�<���������������������� ������� �����������/#;���/����:��������������������������� ������� ���9������������������������������ ���� ������������ ������������������������������ ������� ����������������������������� ����������������������� �� �������� � ��������&���� ��� ����������������� ���������9����� �������������������� ������������9��������-��������������������������������� ��������81\�������������������������������������0�������������������������������� ������ �������������������������

&�����������

2�����#�3

����������

��������

�$� ����������

������� �����

����������

��������������

�� �����

����������

Page 4: 1# # = # > #? # · ( $#  #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

������������������������

\� �������� ������������������������O�J$K�������9 ����������� ��51\���������81\��������9��� ���������� � ���� �������� �����9 �������� ��<������������� ������������������� ��51\� ������� �� ������������������������������������� ����&��� ����������� ��� �������� �����������������������������0������������������ � � ��������������������� ��������������������������������9�������� ����� ���� ��� ������ ��� ��������������J$K�

Figura 3. Señales FSK y MSK con sus espectros

f/kHz

Times/µs Times/µs

f/kHz

-����������������������� ��51\��������81\���*

U .���� ��������������������� �� �����9��� � ���������&���� ��� ��

U <����������� ������������������������9��� � ��� ���� ���������� ����� ��#I@% ������� �

U 5���������� ��������

(�������/�����������$����������� �������� ��������

�����������������1����� �������������������������� �����������#������ ����� �%���������� ����������#����� ������%��-���������������� ������������������*

��� ������������ ��������3.������9 �� ������������ � ������������� �����S6?6���� ����� ������� ��������� ��� ���������������������������� ����� ������� ���������� �>������������������������������

�������������������� ���0������������9������ ������������� � ������� �������9��������������3��������0�������� ����� ���������� ����������� �719(O(����� ��������� ����������� ��������������������������������9 �� �� ������� ��� �� ��������� ���������

��� ��� ��� ������� �� ��� 3.� ��� ��� ���������������������� ���� ����� ���&��������� ����� �� ��������������������� ������ � ��� �� ������� �� ���� ��� -�� ��� ������ � ������� ��@AB0� �������9������:>��>� �� �� �������������������������9���������������������������������������������9��������������*

U 8�������� ��<�����������7�������� �9��� �����

U )��������� � � ��1��������� ��7��� �����*'(NN��($NN���$PNN�

U 7������������ ������U )�������� ����� ��U @��������� ���������#(�N��6�����gO�N�?%

Figura 4. Diagrama de Bloques delSistema de Transmisión de Datos

�(���������#@

U )��������7� �U .������� ��)��� ��@�� ��6����U 7� �������������������������6�������� ������0��������������������

��� ������������������������������� ��$PNN��� ����-����������������������������������������� �����*

U 5� ������� ��($NN�� ���������������#:';%

U =������� ��$PNN�� ����������������#:N;%

&���� ��� ���

���� ���������

������#�3

��� ������� �

��������

�� �������������

����������

����� ����

Page 5: 1# # = # > #? # · ( $#  #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

����������� �������������

.�� ���� ������������ �� ��� ��� ��� ��� ��� ��������������� ���� �������� ���� �� ���� ��������������������������9���������������������������� �������������� ��9��� ��� ���������������������������������������������������������������� ������ ��������-������� ����� ������� ����������9�����������2O�H� ������2W�H� ��������������������������������������� ���� ��������� �9 ��� ������1.6�#�����������'%��3�������������9������ ��� ���������� � ��)@191.����������� ���������������������� ��������������������� ��� ��2OH� ��.�����������������9��������� ��������� �� ����������������������9����� �� ��������������� ���� �������� ���������������� ����� ��������������������� ��������������������� ����������������� ������������������������ ������������������ ���������9���� �������&���11@�JOK��6�������������������� ���������*

U 5����*�#2ONNN�̀ �($NN%�� �]�22$NN�� U -�����*�#2ONNN�̀ �$PNN%�� �]�2VPNN��

-�������� �������� ��JVK�����������JPK������������������������������� �������� ���� ���������� ���������� � ����������� �������������������������� ����������������� �������� ���������������0�������� �������������� �������� ���������������������������� �� ��PN� @M ��� �������� ���������������������� ��������� � ��� �������������&��� ���� ���� ��� �������������� �53!�������&��� �� ����������������������9���� �������&������������� ���� � ��������

3������� �������������������������������� �������� �������&�������������� ��85��9���������������� � ���������������&��� ��������9��������������������������������� ��#53!%`� ��>�������&����������� �������������4��9������������� ����� ���������� � ������22�H� ���2P�H� ��1���� � �������� ���������������� �� ��� ����������� ���� ��11@�� ������������������������������� ����������� �������#($NN�� ���$PNN�� %��-������9&����� ��� ������ ��� ���������� �� �� ��� �� ����������������������� ���������� � �� ��������������� � ��������������9����������������������� ������������� ���������������������������������� ��������������� ������� � ���������� ����

�������������������������������������� � ������������������������4������3=@�"\�

-����������)���"-������������� ������������������������*U <��� ��� �������*�51\U 6���� ��@�� �*�O�H� U ?���� � � ��<0*�$�P�H���U .�����<����������

)����������8������U <��������*�'P�0�(N�0�R���U 7�����*�'P�0�(N�0�R���U 3=@�"\*�2N�0�V���

2������"�����-�������� �������� ����������������������

����� �����������0��������������� �� ���������������������� � � ���������������������&��������� ������������������1�������� ��� ������������ ����������������� ����9���������������&����� ����� �������������������������������������������������������������������� ��� �� ����� ���������������9���������������� ��������������������������2�

Figura 5.(a) Recuperación del tono de 2.4 kHz, ‘1’ lógico.(b) Recuperación del tono de 4.8 kHz, ‘0’ lógico

.������������ ������������ �������������9 � ��#�������(� ��O%�J'K����������������9������ ����� �������� ������������ � � ���W2Q�

������������

��������#�3

����������

��� �%�

����� ������

���������

4�3��������

���������������

�%����������

���� ���

Page 6: 1# # = # > #? # · ( $#  #? # &. 8&˘: 7 : 1 Miembro Grupo de Investi- gación en Telecomunicacio-nes de la Universidad Distrital GITUD. ˘ ˇˆ ˙ ˝˛˘˚˙

�������������������������

��������������������������� � � ����������������������� ������� ����������������9������������� ������������� � ���������������� ������������� ������0������������������� � � �� ����������� ����������� ������ � �

��� ��&��� �� ��� ������� �6=)�WN�$� 85-1<-7-Z������������������������ ���� �������������������������������������9������ � ��������� ����� ���� ����9 ��� ��������������� ��������� ����������� ���������� ���������������������

5������"�������L������������� ��������51\�������������

� ��������� ��������������� ����� �������������������������������� �������� �� �������9������������� ��������������� ���������� �9���������������������� ����������������9������������ ��������� ��������� ���������������������������������� ������9������� �������������������������������������� �����������������#(�H���%�����������������9�����������0�������������� ���� ��� � �������������������������� � ��� �� ��'(NN��$PNN���� �������� �����4������������ � ��������������������������� ��������������������� �������������������������������������������������� ����� ��� ���� ��������������� ��������� � � �������&��������� ����� ������ �������&����������#53!�̀ � ��%��6������������� ������������������������ � �������������������#������������� ����9&���������� ������������������������� ���9����%��������������������������������� ������������������������ ���������������������� �������&��� ��������������������������� ���������� ������������������������������������������������������ � � �������������&���

3����)������������"��#�.)����[1] TOMASI, Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas,

2 ed. México: Prentice Hall, 1.996. 858 p.

[2] STERMLER, Ferrel. Sistemas de Comunicación. México:Alfaomega, 1.999. 690 p.

[3] Minimum Shift Keying [MSK] Modulation —a special form of FSK.[http://www.columbia.edu/~rdg74/ee6713/MSK.PDF]. 2001

[4] DARNTON, Bernard y BAHR, John. «Digital MicrowaveModulator». Physics Department, University of Otago, PO Box56,Dunedin. [http://www.physics.otago.ac.nz/electronics/papers/DartonBahr96.pdf]. Agosto, 1996

[5] GABRIUNAS, Vytautas. Apuntes de Electrónica, UniversidadDistrital F. J. C. Bogotá, 1999

[6] COUCH, Leon. Sistemas de Comunicaciones Digitales y Aná-logos, 5 ed. México: Prentice Hall, 1.998. 776 p.

[7] PERTENCE, Junior. Amplificadores Operacionales y FiltrosActivos. McGraw-Hill. España, 1991.

[8] GONZALEZ, Leonardo, GARCIA, Julio y GUZMAN Jorge. Es-tudio, Diseño e Implementación de un Canal Digital para laEmisora de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.Trabajo de Grado. Universidad Distrital F.J.C. Bogotá, 2002

[9] TERREL, David. OP AMPS - Design, Application andTroubleshooting. Prentice Hall. Englewood Cliffs, New Jer-sey, 1992.

[10] COUGHLIN, Robert y DRISCOLL, Frederick. AmplificadoresOperacionales y Circuitos Integrados Lineales, 4 ed. México:Prentice Hall, 1.993. 538 p.

[11] SUAREZ, Carlos. Introducción a los Amplif icadoresOperacionales con Aplicaciones. Colombia, 2000: 205 p.

[12] FLOYD, Thomas. Fundamentos de Sistemas Digitales. SextaEdición. Prentice Hall. España, 1997

[13] SCHILLING, Donald y TAUB Helbert. Principles ofCommunication Systems. Second Edition. McGraw-Hill.Singapur, 1986.

[14] FINK, Donald y CHRISTIANSEN, Donald. Manual de Ingenie-ría Electrónica, Volumen IV. McGraw-Hill. México, 1992.

[15] KRAUSS, Herbert. Estado Só l ido en Ingeniería deRadiocomunicación. LIMUSA. México, 1984.

[16] FM SCA—Subsidiary Communications Authorization or FMSubcarrier Information —Also Called SubsidiaryCommunications Service (SCS) [http://home.tbbs.net/~bhammond/sca.htm]. 2001

[17] Hodgart M N. «A robust MSK demodulator through DSP», IEEEProc. of the South African Symposium on Comm. and SignalProcessing COMSIG’92, pp. 211-216, Sept. 1992.

[18] NARAYANAN, Krishna R.; ALTUNBAS, Ibrahim andNARAYANASWAMI, Sekhar. «Design of Serial ConcatenatedMSK Schemes Based on Density Evolution». IEEETransactions on Communications, vol. 51, No. 8, august 2003

[19] BEAULIEU, Norman C. and ABU-DAYYA, Adnan A., «ErrorRates of Nyquist-Shaped QPSK in Cochannel Interference andFading.» IEEE CCECE/CCGEI, 1993. pp 733-737.

[20] Cochran, Bruce A., «Development and Application of M-aryGaussian Minimum Shift Keying Modulation.» IEEE, 1995. pp.1805-1908.

[21] WIKLUNDH, K . «A comparison between the impact of somesignals on an MSK receiver. Military CommunicationsConference Proceedings, 1999. MILCOM 1999. IEEE, Vol. 1,Noviembre. 1999. Page(s): 51 -55

�����%"������&����'����7����: Ingeniero Electrónico de la Universidad Distrital, Especialista enTelecomunicaciones Móviles, Profesor de planta de la UniversidadDistrital. Hace parte del Grupo de Investigación en Telecomunica-ciones de la Universidad Distrital