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MODULACIÓN Y TRANSMISIÓN DE PULSOS EN BANDA BASE MsC. Ciro D. Radicelli G.

1. Modulación y Transmisión de Pulsos en Banda Base

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  • MODULACIN Y

    TRANSMISIN DE

    PULSOS EN BANDA

    BASE

    MsC. Ciro D. Radicelli G.

  • NDICE

    EL PROCESO DE LA MODULACIN

    MODULACIN POR CODIFICACIN DE PULSOS (PCM)

    MODULACIN DELTA

    MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    CODIFICACIN Y TRANSMISIN PAM, M-ARIA

    FILTROS, TASAS DE ERRORES E INTERFERENCIA

  • EL PROCESO DE LA MODULACIN

    El proceso de la modulacin - Conceptos

    Objetivo: entregar una seal (mensaje) desde una

    fuente de informacin en una forma reconocible por el

    usuario de destino.

    Mtodo: el transmisor modifica la seal mensaje en

    una forma adecuada para su transmisin a lo largo del

    canal. (modulacin).

    La modulacin implica modificar algn parmetro de

    la onda portadora de acuerdo con la seal mensaje

    (moduladora).

  • EL PROCESO DE LA MODULACIN

    El proceso de la modulacin - Conceptos

    El proceso de recuperacin de la seal mensaje a partir de la

    seal modulada se denomina demodulacin.

    Tipos de modulacin:

    Modulacin de onda continua (CW): AM,FM,PM

    Modulacin por pulsos:

    anloga: PAM, Pulse-Duration (PDM), Pulse-Position (PPM)

    digital: Pulse-Code Modulation (PCM )

  • NDICE

    EL PROCESO DE LA MODULACIN

    MODULACIN POR CODIFICACIN DE PULSOS (PCM)

    MODULACIN DELTA

    MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    CODIFICACIN Y TRANSMISIN PAM, M-ARIA

    FILTROS, TASAS DE ERRORES E INTERFERENCIA

  • QU ES PCM? Es el mtodo de conversin de seales analgicas a digitales.

  • CARACTERSTICAS DE LA MODULACIN

    DIGITAL - PCM

    El proceso de la modulacin - Conceptos

    Es robusta al ruido

    Permite una operacin flexible

    Permite la integracin de diversas fuentes en un nico

    formato.

    Posibilita una transmisin segura de extremo a extremo.

    La modulacin tambin permite la multiplexacin de seales

    (FDM, TDM).

  • TRANSMISIN EN BANDA BASE:

    REPRESENTACIN DE DGITOS BINARIOS Es necesario representar los dgitos binarios PCM por pulsos

    elctricos para transmitirlos a travs de un canal en banda

    base.

    Las formas de onda PCM que se utilizan con mayor

    frecuencia se clasifican en los siguientes grupos, o con las

    siguientes codificaciones:

    No Retorno a Cero (NRZ)

    Retorno a Cero (RZ)

    Fase Codificada

  • TRANSMISIN EN BANDA BASE:

    REPRESENTACIN DE DGITOS BINARIOS Seales No Retorno a Cero (NRZ):

    NRZ.- el voltaje no vuelve a cero entre bits consecutivos de valor

    uno.

    NRZ-L (Nivel) Niveles diferentes para cero y uno. Ej: LgicaDigital

    NRZ-M/I (Marca/Invertido) o codificacin diferencial: El uno serepresenta por un cambio de nivel. Ej: Almacenamiento en cintas

    magnticas.

    NRZ-S (Espacio): El cero se representa por un cambio de nivel.

  • ACTIVIDAD EN CLASE

    Seales las ventajas y desventajas de las

    tcnicas de codificacin NRZ.

    Represente mediante las diferentes opciones de

    la codificacin NRZ la siguiente cadena de bits:

    11011100010.

  • TRANSMISIN EN BANDA BASE:

    REPRESENTACIN DE DGITOS BINARIOS Seales Retorno a Cero (RZ): se caracterizan porque el

    pulso de seal ocupa nicamente la mitad de la duracin del

    bit. Se usa en transmisin de datos en banda base y en

    almacenamiento magntico.

    Unipolar RZ: El uno se representa por un pulso de duracinigual a la mitad del bit, y cero por ausencia de pulso.

    Bipolar RZ: El uno y el cero se representan por pulsos depolaridad opuesta de duracin igual a la mitad del bit.

    RZ-AMI (Alternate Mark Inversion): Cada uno serepresenta por una inversin en la polaridad del pulso, y stos

    duran la mitad del bit. El cero se representa por ausencia depulso. Aplicaciones en telemetra.

  • ACTIVIDAD EN CLASE

    Seales las ventajas y desventajas de las

    tcnicas de codificacin RZ.

    Represente mediante las diferentes opciones de

    la codificacin RZ la siguiente cadena de bits:

    10110001101.

  • TRANSMISIN EN BANDA BASE:

    REPRESENTACIN DE DGITOS BINARIOS Seales de Fase Codificada: representa un conjunto de tcnica de

    codificacin para mejorar las dificultades de los cdigos NRZ.

    Existen dos cdigos.

    Manchester: Tiene transicin en la mitad del intervalo de duracin del

    bit. Transicin sirve como procedimiento de sincronizacin y de

    transmisin de datos. Utilizado por IEEE 802.3 (LAN Ethernet con bus

    CSMA/CD)

    1: Transicin de alto a bajo en mitad del intervalo.

    0: Transicin de bajo a alto en mitad del intervalo.

    Manchester Diferencial: Tiene transicin en la mitad del intervalo

    del bit, pero dicha transicin es slo para proporcionar sincronizacin.

    Utilizado por IEEE 802.5 (LAN paso de testigo en anillo Token ring)

    0: Transicin al principio del intervalo del bit.

    1: Ausencia de transicin al principio del intervalo del bit.

  • ACTIVIDAD EN CLASE

    Seales las ventajas y desventajas de las

    tcnicas de codificacin Manchester y

    Manchester Diferencial.

    Represente mediante las diferentes opciones de

    la codificacin Manchester y Manchester

    Diferencial la siguiente cadena de bits:

    10011001100.

  • TRANSMISIN EN BANDA BASE:

    REPRESENTACIN DE DGITOS BINARIOS

    Por qu tantos cdigos? Qu examinar?

    Cada cdigo dispone de caractersticas diferentes que

    lo hacen ms adecuado para ciertas aplicaciones en

    desmedro de otras.

    Componente DC.

    Capacidades inherentes de sincronizacin y de

    proporcionar seal de reloj.

    Deteccin de Errores.

    Compresin de Ancho de Banda.

    Codificacin Diferencial.

    Inmunidad al Ruido.

  • ACTIVIDAD EN CASA

    Consulte sobre las siguientes tcnicas de

    codificacin:

    Cdigos 5B6B

    Cdigos pseudoternarios

    Cdigos 4B3T

  • VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS

    DIGITALES SOBRE LOS ANALGICOS

    VENTAJAS.-

    Mayor facilidad de regeneracin de seales digitales.

    Circuitos digitales sujetos a menos distorsin e interferencia.

    Tasas de error extremadamente bajas son posibles,

    produciendo alta fidelidad en la seal a travs del uso de

    tcnicas digitales de deteccin y correccin de errores.

    Mayor confiabilidad y menor costo de produccin de circuitos

    digitales.

    Facilidad en la combinacin de seales usando

    multiplexacin por divisin en el tiempo.

    DESVENTAJS.-

    La deteccin digital requiere sincronizacin de sistema.

  • MODELO DE UN SISTEMA DE

    COMUNICACIONES

  • PROCESOS EN UN SISTEMA DIGITAL DE

    COMUNICACIONES

    Adems de la codificacin de la fuente y la codificacin de

    canal, existen otros procesos en un sistema digital de

    comunicaciones, como por ejemplo:

    Encriptacin.- evita que el mensaje sea entendido por

    usuarios no autorizados y previene que se introduzcan falsos

    mensajes. Para lo cual se puede usar cifrado simtrico o

    asimtrico.

  • PROCESOS EN UN SISTEMA DIGITAL DE

    COMUNICACIONES

    Multiplexacin.- combinan seales que pueden tener

    diferentes caractersticas o proceder de distintas fuentes de

    forma que puedan compartir una porcin de los recursos de

    comunicacin.

  • PROCESOS EN UN SISTEMA DIGITAL DE

    COMUNICACIONES

    Ensanchamiento frecuencial.- puede producir una seal

    que es menos vulnerable a la interferencia, y que puede

    utilizarse para ampliar la privacidad de las comunicaciones.

    El ancho de banda de transmisin est determinado por una

    funcin o cdigo que es independiente del mensaje y que es

    conocida por el transmisor (secuencia pseudoaleatoria).

  • PROCESOS EN UN SISTEMA DIGITAL DE

    COMUNICACIONES

    Esquema bsico de un sistema de espectro

    ensanchado.-

  • PROCESOS EN UN SISTEMA DIGITAL DE

    COMUNICACIONES

    Ensanchamiento frecuencial.- puede producir una seal

    que es menos vulnerable a la interferencia, y que puede

    utilizarse para ampliar la privacidad de las comunicaciones.

    El ancho de banda de transmisin est determinado por una

    funcin o cdigo que es independiente del mensaje y que es

    conocida por el transmisor (secuencia pseudoaleatoria).

  • NDICE

    EL PROCESO DE LA MODULACIN

    MODULACIN POR CODIFICACIN DE PULSOS (PCM)

    MODULACIN DELTA

    MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    CODIFICACIN Y TRANSMISIN PAM, M-ARIA

    FILTROS, TASAS DE ERRORES E INTERFERENCIA

  • MUESTREO El mtodo ms comn para realizar la transformacin de la

    seal anloga a su versin muestreada se denomina

    muestreo y retencin (sampling and hold).

    Teorema del muestreo.- Una seal limitada en banda que

    no tiene componentes espectrales sobre fm Hz puede

    determinarse nicamente por valores muestreados a

    intervalos regulares de Ts segundos, donde Ts1/(2fm).

    fs=1/Ts se denomina frecuencia de muestreo

    fs=2fm se denomina frecuencia de Nyquist.

    Ts=1/fs se denomina intervalo de Nyquist.

    El criterio de Nyquist es tericamente una condicin

    suficiente para que una seal anloga pueda reconstruirse

    completamente a partir de un conjunto de muestras

    uniformemente espaciadas en tiempos discretos.

  • MODULACIN DELTA Aparece en los aos 40 para aplicaciones en telefona, otro

    nombre actual que recibe es Modulacin de anchura de pulso

    (PWM).

    La modulacin Delta se define como una alternativa vlida

    para sistema con Modulacin de impulsos codificados PCM,

    en la misma se sobremuestrea la seal mensaje

    intencionalmente para permitir el uso de una estrategia de

    cuantificacin simple, para la construccin de la seal

    codificada.

    El sobremuestreo consiste en utilizar una frecuencia de muestreo

    mayor (generalmente sustancialmente mayor) que la frecuencia de

    Nyquist.

  • MODULACIN DELTA PRINCIPIO DEFUNCIONAMIENTO

    La modulacin Delta, cuantifica de forma diferencial, teniendo en

    cuenta la muestra anterior. Para ello se compara el valor de la

    seal en el instante de muestreo actual con el valor cuantificado en

    el instante de muestreo anterior. Si la seal en el instante de

    muestreo actual es mayor que el valor cuantificado en el instante

    de muestreo anterior ser por que la seal est creciendo y, por lo

    tanto, el valor cuantificado actual ser el valor anterior ms un

    valor . Si ocurre lo contrario, ser el valor anterior menos .

  • REPRESENTACIN MATEMTICA PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

    Donde:

    e[n]: Seal de error, representa la diferencia entre la seal

    muestreada m[n] y la ltima aproximacin mq[n-1]

    eq[n]: Versin cuantificada de e[n]

    Sgn: Funcin signo

  • MODULADOR DELTA

    El modulador Delta se genera a partir de la aplicacin

    directa de la versin muestreada de la seal mensaje al

    modulador, que involucra las funciones de comparador,

    cuantificador y acumulador.

    Comparador: Calcula la diferencia entre las dos entradas

    separadas en el tiempo Ts.

    Cuantificador: Es un limitador simple con relacin de 1 slo

    escaln de entrada / salida, afectado por la funcin signo.

    Acumulador: Produce el siguiente resultado.

  • DEMODULADOR DELTA /DELTA

    ADAPTATIVO

    La escalera aproximada mq[n], es reconstruida, pasando la

    secuencia de pulsos producidos a la salida del decodificador a

    travs de un acumulador. El ruido de cuantificacin fuera de

    banda es rechazado por el filtro pasa bajos. El DM tiene dos

    tipos de error de cuantificacin:

    Sobrecarga de pendiente: Se da cuando la velocidad de cambio

    es muy grande, se reduce aumentando la altura de los escalones.

    Ruido granular: Es por la utilizacin de un escaln muy alto

    grande en tramos donde la seal tiene poca variacin. Se reduce

    disminuyendo la altura de los escalones.

  • VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA

    MODULACIN DELTAVENTAJAS.-

    Sustituye tanto a la cuantificacin como a la codificacin

    tradicional. Se utiliza sobre la seal muestreada, es decir, no

    hay que cuantificar previamente.

    Esta modulacin permite seguir seales de cualquier

    amplitud. Adems el equipo transmisor y el receptor son

    muy sencillos.

    Es simple de implementar.

    Es una alternativa vlida para sistemas PCM.

    DESVENTAJAS.-

    Presenta ruido granular, sobrecarga de pendiente.

    Necesita una frecuencia de muestreo varias veces superior a

    la de Nyquist,esto es para que la prediccin del valor

    anterior sea apropiada.

  • NDICE

    EL PROCESO DE LA MODULACIN

    MODULACIN POR CODIFICACIN DE PULSOS (PCM)

    MODULACIN DELTA

    MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    CODIFICACIN Y TRANSMISIN PAM, M-ARIA

    FILTROS, TASAS DE ERRORES E INTERFERENCIA

  • MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    (PAM) Consiste en cambiar la amplitud de una seal, de frecuencia

    fija, en funcin del smbolo a transmitir.

    En la figura anterior, una seal analgica (a), se multiplica,

    por ejemplo mediante un mezclador, por un tren de pulsos

    (b), de amplitud constante y se tiene como resultado un tren

    de pulsos (c) modulado en amplitud.

  • MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    (PAM) Para recuperar la seal basta con filtrar a paso bajo el tren

    de pulsos (c)

  • OPERACIONES PARA LA GENERACIN DEL

    UNA SEAL (PAM) En la figura se ilustra la forma de onda de una seal PAM, y

    para generarla existen dos operaciones detalladas a

    continuacin:

    Muestreo instantneo de la seal de mensaje m(t) cada Ts

    segundos , donde la frecuencia de muestreo fs = 1/Ts se elige de

    acuerdo con el teorema de muestreo.

    Alargamiento de la duracin de cada muestra as obtenida hasta

    cierto valor constante T.

  • TIPOS DE MODULACIONES ANALGICAS DE

    PULSOS

    Adems de la modulacin por amplitud de pulsos, pueden

    variarse otros parmetros del tren de pulsos sin modulacin:

    la duracin de los pulsos y su posicin relativa, obtenindose

    en cada caso:

    Modulacin por anchura o

    duracin de pulsos (PWM, o

    PDM).- las muestras de la seal

    varian la anchura o duracin de

    los pulsos. Esta tcnica permite

    aumentar la eficiencia del

    transmisor.

    Modulacin por posicin de

    pulsos (PPM).- Existe

    desplazamiento de los pulsos, por

    efecto de la seal moduladora.

  • PPM - RUIDO Aunque PPM es una modulacin ms eficiente que PDM,

    debido a la sustraccin de la potencia no utilizada. La

    presencia de ruido blanco afecta el desempeo de un sistema

    de este tipo.

    La afectacin consiste en que el tiempo en el cual se estima

    que ocurran los pulsos modulados es falseado.

    Sin embargo es posible establecer inmunidad frente al ruido

    haciendo que el pulso se construya tan rpidamente que

    resulte muy corto el intervalo de tiempo durante el cual el

    ruido puede ejercer perturbacin.

  • PPM: COMPROMISO DE ANCHO DE BANDA -

    RUIDO Aunque PPM es una modulacin ms eficiente que PDM,

    debido a la sustraccin de la potencia no utilizada. La

    presencia de ruido blanco afecta el desempeo de un sistema

    de este tipo.

    La afectacin consiste en que el tiempo en el cual se estima

    que ocurran los pulsos modulados es falseado.

    Sin embargo es posible establecer inmunidad frente al ruido

    haciendo que el pulso se construya tan rpidamente que

    resulte muy corto el intervalo de tiempo durante el cual el

    ruido puede ejercer perturbacin.

  • ACTIVIDAD EN CLASE

    Ejecutar el archivo pcmULTIMATE en el

    programa LabVIEW, bajo las siguientes

    condiciones:

    Utilice 3 archivos .wav para ejecutar dicho

    programa.

    Por cada archivo .wav que utilice vare la

    frecuencia de muestreo y observe que sucede con

    los parmetros existentes en el aplicativo (seal

    muestreada, seal codificada, FFT, FFT2).

    REALIZAR INFORME DE LA PRCTICA

    PRCTICA DE LABORATORIO

  • ACTIVIDAD EN CLASE

    Libro Simon Haykin

    3.3;

    3.9;

    3.12;

    3.14;

    3.15;

    3.16;

    EJERCICIOS

  • NDICE

    EL PROCESO DE LA MODULACIN

    MODULACIN POR CODIFICACIN DE PULSOS (PCM)

    MODULACIN DELTA

    MODULACIN POR AMPLITUD DE PULSOS

    CODIFICACIN Y TRANSMISIN PAM, M-ARIA

    FILTROS, TASAS DE ERRORES E INTERFERENCIA

  • MODULACIN M-ARIA Las tcnicas de modulacin digital hasta ahora estudiadas

    solo empleaban un bit cada vez para modular la seal

    portadora.

    De esta manera, cada cambio de algn parmetro de la

    portadora, representa ms de un bit de seal modulante.

    M-ario es un trmino derivado de la palabra binario. M esun nmero que representa la cantidad de condiciones o

    combinaciones posibles para la agrupacin binaria que se

    considere.

  • MODULACIN M-ARIA Con la modulacin M-aria se logra tener mayores

    velocidades debido a que un solo evento de portadora

    representa ms de un bit.

    Por ejemplo, un sistema PSK con cuatro fases de salidas

    posible, es un sistema M-ario en el que M=4 y se denota

    como 4-PSK.

    La cantidad de condiciones de salida se calcula con la

    ecuacin:

    Donde:

    N= Cantidad de bits codificados

    M= Cantidad de condiciones o combinaciones posibles de salida con N

    bits.

    MN 2log

  • MODULACIN M-ARIA El ancho de banda mnimo necesario para pasar portadoras

    M-arias moduladas digitalmente, aparte de FSK, es decir,

    PSK o QAM se determina con la siguiente ecuacin:

    Donde:

    B= Ancho de banda mnimo.

    fb= rapidez de entrada en bps.

    M = cantidad de estados de salida

    Mf

    B b

    2log

  • MODULACIN M-ARIA: EJEMPLO Cuando M=4 (caso 4-ario o cuaternario), tenemos cuatro

    smbolos o pulsos, bsicos, disponibles para la comunicacin.

    Una sucesin de dos dgitos binarios puede ser transmitida

    por solo un smbolo 4-ario. Esto se debe a que solo existen

    cuatro sucesiones posibles de dos dgitos binarios (11, 10, 01,

    00). Ya que disponemos de cuatro smbolos distintos,

    podemos asignar uno de los cuatro smbolos a cada una de

    estas combinaciones.

  • MODULACIN M-ARIA: CLASES DE

    SEALES M-ARIAS Seal M-aria Ortogonal.-

    A medida que se incrementa k, se decrementa el ancho de

    banda requerido.

    Mejora el desempeo del error a costa del ancho de banda.

    Seal M-Aria Multifase.-

    A medida que se incrementa k, se puede transmitir mas

    informacin (aumento de la taza de bits) en el mismo ancho

    de banda.

    Mejora el uso del ancho de banda a costa del desempeo del

    error.

  • MODULACIN M-ARIA: DESEMPEO DE

    ERROR

    En la figura se muestra

    la probabilidad de error

    de bits Pb(M) contra

    relacin de energa de

    bit a ruido Eb/No

    para sealizacin M-aria

    ortogonal detectada en

    forma coherente.

    A medida que se

    incrementa k, la curva

    se mueve en la direccin

    de mejoramiento del

    desempeo del error.

  • MODULACIN M-ARIA: DESEMPEO DE

    ERROR

    En la figura se muestra

    la probabilidad de error

    de bits Pb(M) contra

    relacin de energa de

    bit a ruido Eb/No

    para sealizacin M-aria

    multifase detectada en

    forma coherente.

    A medida que se

    incrementa k, la curva

    se mueve en la direccin

    de la degradacin del

    desempeo del error.

  • TIPOS DE MODULACIN

  • TIPOS DE MODULACIONES M-ARIAS En los esquemas anteriores que hemos estudiado, cada smbolo de

    la fuente equivala a un bit transmitido. Al contrario en los

    esquemas de modulacin multinivel (M-Arios), cada smbolo lleva

    la informacin de M bits, y el nmero de amplitudes, frecuencias, o

    fases posibles es 2M.

    Segn la cantidad de bits que formen el smbolo, la modulacin

    permitir en cada cambio de la seal portadora,

    transmitir un nmero binario con un valor mximo denominado M;

    dando lugar as a las modulaciones

    M-ASK (Amplitud Shitt Keying), M-FSK (Frecuencia), M-

    PSK (Fase) y M-QAM (Amplitud en Cuadratura), MSK

    (mnimo de frecuencia), GMSK (mnimo de frecuencia

    Gaussiano).

    La M-ASK no se usa en transmisiones por radio;

    pero si se usa una modulacin muy eficiente denominada M-QAM,

    que es la mezcla de M-ASK y M-PSK.

  • MODULACIONES EN AMPLITUD M-ASK El parmetro que se vara de la portadora es la amplitud. Como el

    mensaje es binario, entonces la amplitud de la sinusoide vara

    entre dos valores posibles.

    Un caso especial de esta modulacin es cuando uno de los dos

    valores posibles es cero, por lo que la modulacin toma el nombre

    de OOK (On-Off Keying): Aqu la portadora se considera

    encendida (Valor de Amplitud V para el bit 1) o apagada (supresin

    de la portadora para el bit 0).

  • MODULACIONES EN AMPLITUD M-ASK La ecuacin que define este tipo de modulacin digital es:

    Donde:

    Xask(t)= Seal modulada.

    b(t) = seal binaria moduladora (volts). Puede tomar dos valores:

    +1 cuando el bit enviado es 1, y -1 cuando el bit enviado es 0.

    V = Amplitud de la seal portadora (volts)

    Wc = Frecuencia de la seal portadora (radianes por segundo).

    Por lo que se tiene que:

    Si b(t) = 1;

    Si b(t) = -1;

    Xask(t)= 0

  • MODULACIONES EN AMPLITUD M-ASK Para hallar el espectro de la seal modulada OOK es necesario

    hacerle la transformada de Fourier a la funcin de autocorrelacin.

    Al graficar se tiene que:

    El ancho de banda puede determinarse a partir del espectro.

  • MODULACIONES EN FRECUENCIA M-FSK El parmetro que se vara de la portadora es la frecuencia.

    Si se transmite el bit 1, la seal modulada ser una sinusoide de

    frecuencia fA. Si se transmite el bit 0, la seal FSK tendr

    frecuencia fB.

  • MODULACIONES EN FRECUENCIA M-FSK La frecuencia de la seal portadora es.

    Ahora la ecuacin que define esta modulacin es:

    Donde:

    Xfsk(t)= Seal modulada.

    b(t) = seal binaria moduladora (volts). Puede tomar dos valores:

    +1 cuando el bit enviado es 1, y -1 cuando el bit enviado es 0.

    V = Amplitud de la seal portadora (volts)

    fc = Frecuencia central de la seal portadora (Hz)

    f = Desviacin mxima de frecuencia alrededor de la portadora. fA=fc+f; fB=fc+f

  • MODULACIONES EN FRECUENCIA M-FSKPor lo que se tiene que.

    Si b(t) = 1;

    Pero si b(t) = -1;

    La Densidad Espectral de Potencia de la seal FSK puede

    obtenerse modelndola como la suma de dos seales OOK; en este

    caso:

  • MODULACIONES EN FRECUENCIA M-FSK

    El ancho de banda total de la seal es:

  • MODULACIONES EN FASE M-PSK El parmetro que se vara de la portadora es la fase, mientras que

    la amplitud se mantiene constante.

    Se aproxima al concepto de modulacin en fase convencional (PM),

    con la diferencia que aqu la seal de entrada es digital binaria, por

    lo que se tienen dos fases de salida para una sola frecuencia

    portadora:

    Una fase de salida representa el bit 1 y otra representa el bit 0. Cuando la

    seal binaria de entrada cambia de estado, la fase de la portadora de salida

    vara entre dos ngulos que estn desfasados 180 (0 y ). En este caso lamodulacin se le llama PRK (Phase Reverse Keying).

  • MODULACIONES EN FASE M-PSK La ecuacin correspondiente para este tipo de modulacin es:

    Donde:

    Xprk(t)= Seal modulada.

    b(t) = seal binaria moduladora (volts). Puede tomar dos valores:

    +1 cuando el bit enviado es 1, y -1 cuando el bit enviado es 0.

    V = Amplitud de la seal portadora (volts)

    Wc = Frecuencia de la seal portadora (radianes por segundo)

  • MODULACIONES EN FASE M-PSK La densidad espectral de potencia es:

    El ancho de banda es BW=2fb.

  • MIRADA VECTORIAL DE LA MODULACIN M-PSK

    En la figura se tiene un conjunto de seales MPSK (modulacin

    multinaria de fase o multi-fase) con valores de M = 2, 4, 8 y 16.

  • MIRADA VECTORIAL DE LA MODULACIN M-PSK

    En la parte a) BPSK se tienen vectores antpodas

    S1 y S2. Los bordes de decisin dividen el espacio

    de seal en dos regiones diferentes. Aqu el vector

    de ruido n, es igual en magnitud a S1.

    En la parte b) QPSK se tienen cuatro vectores

    separados 90, los bordes de decisin dividen el

    espacio de seal en cuatro regiones. De nuevo el

    vector n muestra la energa y orientacin mnima

    necesaria para provocar un error.

    Que pasa para los casos c) y d) ?

  • BPSK Y QPSK TIENEN LA MISMA PROBABILIDAD

    DE ERROR DE BIT

    QPSK se puede definir como dos canales BPSK ortogonales. El flujo

    de bits BPSK generalmente se particiona en un flujo par y otro

    impar (I e Q).

    Cada nuevo flujo modula una componente ortogonal de la portadora

    a la mitad de la tasa de bit del flujo original.

    El flujo I modula el trmino ;

    El flujo Q modula el trmino.

    Si la magnitud del vector QPSK original tiene el valor A, la

    magnitud de cada uno de los vectores componentes, I y Q tendr

    un valor de , como se muestra en la siguiente figura.

    t0cos

    t0sin

    2/A

  • EJEMPLO DE 8-PSK

  • MODULACIONES M-QAM Es posible modificar dos parmetros simultneamente en

    una portadora: la AMPLITUD y la FASE.

    Cuando este proceso se produce la modulacin que se

    produce se llama Modulacin de Amplitud en

    Cuadratura (QAM) debido a que los fasores resultantes

    forman ngulo de 90 entre ellos.

    En QAM, cada vector tambin es llamado SMBOLO, pues

    cada smbolo equivale a N bits. En el caso de 16-QAM, si

    modulamos una portadora de forma que presente por ejemplo

    10 vectores por segundo, estaramos transmitiendo 40 bits por

    segundo, donde cada vector "transporta" 4 bits. De aqu la

    denominacin tcnica de Velocidad o Tasa de

    Modulacin ms conocida como SR (tasa de smbolos). Se

    expresa en Baud, y se diferencia de la Tasa o Velocidad de

    transmisin, expresada en Bits por segundo (bps).

  • EJEMPLO DE 8-QAM

  • EJEMPLO DE 16-QAM

  • CONSTELACIONES M-QAM REALES

  • REPRESENTACIN DE CONSTELACIONES

    M-PSK Y M-QAM

  • TABLA COMPARATIVA DE MODULACIONES

    DE SMBOLOS

  • COMPARATIVA DE MODULACIONES

    EFICIENCIA DEL ANCHO DE BANDA En general, la eficiencia del Ancho de Banda se normaliza a

    un AB de 1 Hz y en consecuencia indica la cantidad de bits

    que se puede propagar a travs de un medio, por cada Hertz

    de AB.

    Hz MnimoBandadeAnchobpsn TransmisideRpidez

    ABdeEficiencia

  • OTROS TIPOS DE MODULACIONES M-ARIAS

    MODULACIONES EN MNIMO DE

    FRECUENCIA MSK En la modulacin digital FSK, cuando se tiene una seal

    binaria de entrada que cambia de 0 lgico a un 1 lgico (y

    viceversa), la frecuencia de la seal modulada en la salida se

    desplaza entre dos frecuencias:

    una frecuencia de marca (o de 1 lgico, fm) y;

    una frecuencia de espacio (o de 0 lgico, fs).

    Ellas se encuentran separadas de la frecuencia de la

    portadora por la desviacin mxima de frecuencia f,

  • OTROS TIPOS DE MODULACIONES M-ARIAS

    MODULACIONES EN MNIMO DE

    FRECUENCIA GAUSSIANO GMSK GMSK tambin representa un esquema de modulacin por

    desplazamiento de frecuencia con fase continua.

    Es muy parecido a la modulacin MSK, con la diferencia de

    que la seal digital binaria de entrada pasa primero por un

    filtro Gaussiano antes de ser modulada.

    Esto provoca una reduccin evidente en los lbulos laterales

    del espectro de la seal modulada y en la interferencia entre

    portadoras de seales en canales de frecuencia adyacentes,

    con una consecuente reduccin del ancho de banda

    comparada incluso con MSK.

  • ACTIVIDAD EN CLASE

    Ejecutar el archivo binarias en el programa

    LabVIEW, bajo las siguientes condiciones:

    Pruebe las modulaciones ASK, FSK, PSK, MSK,

    GMSK, eligiendo correctamente la frecuencia de

    la portadora, la frecuencia de bits y la frecuencia

    de muestreo.

    Por cada modulacin ejecutada observe que

    sucede con los parmetros existentes en el

    aplicativo (Constelacin y FFT).

    REALIZAR INFORME DE LA PRCTICA

    PRCTICA DE LABORATORIO

  • PREGUNTAS?