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8/15/2019 Técnicas Por Impulso
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Técnicas por Impulso
Modulación por Impulsos Codifcados
La Modulación por ImpulsosCodifcados (MIC o PCM por sussiglas inglesas de Pulse Code Modulation), es unprocedimiento de modulación utilizado paratransformar una señal analógica en una secuenciade bits.
En la Figura 1 se muestra la disposición de loselementos ue componen un sistema ue utiliza lamodulación por impulsos codi!cados. Por razones desimpli!cación sólo se representan los elementos parala transmisión de tres canales.
Figura 1." #isposición de elementos en un sistema M$C
En la Figura % tenemos las formas de onda en distintospuntos del sistema anteriormente representado.
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Figura %." Formas de onda en di&ersos puntos de unsistema M$C
Las funciones de las distintas etapas de las ue constael sistema se detallan a continuación.
Muestreo
Consiste en tomar muestras 'medidas) del &alor de laseñal n &eces por segundo con lo uetendr(n n ni&eles de tensión en un segundo.
s*, cuando en el sistema de la Figura 1, aplicamos enlas entradas de canal las señales 'a), 'b) + 'c) 'Figura%), despus del muestreo obtenemos la forma de
onda.Para un canal telefónico de &oz es su!ciente tomar- muestras por segundo o lo ue es lo mismo unamuestra cada 1%/ 0seg. Esto es as* porue, deacuerdo con el teorema de muestreo, si se tomanmuestras de una señal elctrica continua a inter&alos
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regulares + con una frecuencia doble a la frecuenciam(ima ue se uiera muestrear, dic2as muestrascontendr(n toda la información necesaria parareconstruir la señal original.
Como en este caso tenemos una frecuencia demuestreo de - 34z 'per*odo 1%/ 0seg), ser*a posibletransmitir 2asta 5 34z, su!ciente por tanto para elcanal telefónico de &oz, donde la frecuencia m(s altatransmitida es de 6,5 34z.
El tiempo de separación entre muestras '1%/ 0seg)podr*a ser destinado al muestreo de otros canalesmediante el procedimiento de multipleación pordi&isión de tiempo '7#M).
Cuantifcación
Por eso en la cuanti!cación se asigna un determinado&alor discreto a cada uno de los ni&eles de tensión
obtenidos en el muestreo. Como las muestras puedentener un in!nito n8mero de &alores en la gama deintensidad de la &oz, gama ue en un canal telefónicoes de aproimadamente 9 d:, o lo ue es lo mismouna relación de tensión de 1;1, con el !n desimpli!car el proceso, lo ue se 2ace es aproimar al&alor m(s cercano de una serie de &alorespredeterminados.
Codifcación
En la codi!cación, a cada ni&el de cuanti!cación se leasigna un código binario distinto, con lo cual +atenemos la señal codi!cada + lista para ser
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transmitida. La forma de una onda ser*a la indicadacomo 'f) en la Figura %.F
En telefon*a, la señal analógica &ocal con un anc2o debanda de 5<4z se con&ierte en una señal digital de 95<bps. En telefon*a p8blica se suele utilizar transmisiónplesiócrona, donde, si se usa un E1, donde podr*anintercalarse otras 61 señales adicionales. =etransmiten, as*, 6%95 > %.5-. bps.
Recuperación de la señal analógica
En la recepción se realiza un proceso in&erso con loue la señal ue se recompone se parecer( muc2o alas originales 'a), 'b) + 'c), si bien durante el procesode cuanti!cación, debido al redondeo de las muestrasa los &alores cu(nticos, se produceuna distorsión conocida como ruido de cuanti!cación.En los sistemas normalizados, los inter&alos decuanti!cación 2an sido elegidos de tal forma ue seminimiza al m(imo esta distorsión, con lo ue lasseñales recuperadas son una imagen casi eacta delas originales.
Modulación por Ancho de Pulsos
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Fig. 1; una señal de ondacuadrada de amplitud acotada '+min,+ma) mostrando elciclo de traba?o D.
La modulación por ancho de pulsos 'MAP o P@M,siglas del ingls Pulse"@idt2 Modulation) de una señalo fuente de energ*a es una tcnica en la ue semodi!ca el ciclo de traba?o de una señal periódica'una sinusoidal o una cuadrada, por e?emplo), +a seapara transmitir información a tra&s de un canal decomunicaciones o para controlar la cantidad deenerg*a ue se en&*a a una carga.
El ciclo de traba?o de una señal periódica es el anc2o
relati&o de su parte positi&a en relación con elper*odo. Epresado matem(ticamente;
# es el ciclo de traba?oA es el tiempo en ue la función es positi&a'anc2o del pulso) 7 es el per*odo de la función
La construcción t*pica de un circuito P@M se lle&a acabo mediante un comparador con dos entradas + unasalida. Bna de las entradas se conecta a un osciladorde onda triangular, mientras ue la otra uedadisponible para la señal moduladora. En la salida lafrecuencia es generalmente igual a la de la señal
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triangular, + el ciclo de traba?o est( en función de laportadora.
La principal des&enta?a ue presentan los circuitosP@M es la posibilidad de ue 2a+a interferenciasgeneradas por radiofrecuencia. stas puedenminimizarse ubicando el controlador cerca de la carga+ realizando un !ltrado de la fuente de alimentación.
Parámetros Importantes
lgunos par(metros importantes de un P@M son;
• La relación de amplitudes entre la señal portadora+ la moduladora, siendo recomendable ue la8ltima no supere el &alor pico de la portadora +est centrada en el &alor medio de sta.
• La relación de frecuencias, donde en general serecomienda ue la relación entre la frecuencia dela portadora + la de señal sea de 1 a 1.
Aplicaciones
#iagrama de e?emplo de la utilización dela Modulación de nc2o de Pulso 'P@M) enun &ariador de frecuencia.
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En la actualidad eisten muc2os circuitos integradosen los ue se implementa la modulación P@M,adem(s de otros mu+ particulares para lograr circuitosfuncionales ue puedan controlar fuentes
conmutadas, controles de motores, controles deelementos termoelctricos, c2oppers para sensores enambientes ruidosos + algunas otras aplicaciones.
(!"emplo#!n los motores
La modulación por anc2o de pulsos es una tcnicautilizada para regular la &elocidad de giro de
los motores elctricos de inducción o as*ncronos.Mantiene el par motor constante + no supone undesapro&ec2amiento de la energ*a elctrica. =e utilizatanto en corriente continua como en alterna, como sunombre lo indica, al controlar un momento alto'encendido o alimentado) + un momento ba?o'apagado o desconectado),controlado normalmente
por rele&adores 'ba?a frecuencia)o MD=FE7 o tiristores 'alta frecuencia).
Dtros sistemas para regular la &elocidad modi!canla tensión elctrica, con lo ue disminu+e el parmotor o interponen una resistencia elctrica, con loue se pierde energ*a en forma de calor en estaresistencia.
Dtra forma de regular el giro del motor es &ariando eltiempo entre pulsos de duración constante, lo ue sellama modulación por frecuencia de pulsos.
En los motores de corriente alterna tambin se puedeutilizar la &ariación de frecuencia.
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La modulación por anc2o de pulsos tambin se usapara controlar ser&omotores, los cuales modi!can suposición de acuerdo al anc2o del pulso en&iado cadaun cierto per*odo ue depende de cada ser&o motor.
Esta información puede ser en&iada utilizandoun microprocesador como el -, oun microcontrolador 'por e?emplo, un P$C 19F-GG dela empresa Microc2ip).
Como parte de un con$ersor ADC
Dtra aplicación es en&iar información de manera
analógica. Es 8til para comunicarse de formaanalógica con sistemas digitales.
Para un sistema digital, es relati&amente f(cil medircuanto dura una onda cuadrada. =in embargo, si no setiene un con&ersor analógico digital no se puedeobtener información de un &alor analógico, +a uesólo se puede detectar si 2a+ una determinadatensión, o / &oltios por e?emplo '&alores digitales de
+ 1), con una cierta tolerancia, pero no puedemedirse un &alor analógico. =in embargo, el P%M encon?unción con un oscilador digital, un contador + unapuerta A&D como puerta de paso, podr*an f(cilmenteimplementar un ADC.
Modulación por Amplitud de Pulsos
La modulación por amplitud de pulsos 'Pulsemplitude"Modulation) es la m(s sencilla de lasmodulaciones digitales. Consiste en cambiar laamplitud de una señal, de frecuencia !?a, en función
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del s*mbolo a transmitir. Esto puede conseguirse conun ampli!cador de ganancia &ariable o seleccionandola señal de un banco de osciladores.
#ic2as amplitudes pueden ser reales o comple?as. =irepresentamos las amplitudes en el plano comple?otenemos lo ue se llaman constelaciones de señal'incluir dibu?o). En función del n8mero de s*mbolos oamplitudes posibles se llama a la modulación H"PM.s* podemos tener %PM, 5PM, %9PM. #e lacorrecta elección de los puntos de la constelación'amplitudes) depende la inmunidad a ruido 'distanciaentre puntos) o la energ*a por bit 'distancia al origen).
!"emplo ' Constelación de dos s*mbolos asimtrica.Huestra señal modulada ser( , donde 3 esla amplitud ue depende de la señal moduladora 3 >,1. =i tomamos amplitud nula para los bits +amplitud 'real pura) para los bits 1, &emos laconstelación no est( centrada en el origen.
La distancia entre s*mbolos ser( , ue nos protegefrente a ruido. La energ*a media por bit
ser(
!"emplo Constelación de dos s*mbolos simtrica.
Esta &ez asignaremos amplitudes +respecti&amente.
La distancia entre s*mbolos es de nue&o . Ho 2emosperdido inmunidad frente al ruido.
La energ*a media por bit ser(
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Hecesitamos la mitad de energ*a para en&iar la mismaseñal, con la misma calidad o inmunidad frente aruido. D lo ue es lo mismo, necesitamos 6d: menosde potencia para en&iar una señal con una relación
señal"ruido '=HI) constante o bien podemos in&ertiresos 6d: en me?orar la =HI.
Modulación por Posición de Pulso
La Modulación por Posición de Pulso, o eningls, Pulse Position Modulation 'PPM), es un tipo de
modulación en la cual una palabra de M bits escodi!cada por la transmisión de un 8nico pulso uepuede encontrarse en alguna de las %M posicionesposibles. =i esto se repite cada 7 segundos, la tasa detransmisión es de MJ7 bits por segundo. Este tipo demodulación se usa principalmente en sistemas decomunicación óptica, donde tiende a 2aber poca oning8n tipo de interferencia por caminos m8ltiples.
)incroni*ación
Bna de las principales di!cultades en laimplementación de esta tcnica es ue el receptordebe estar debidamente sincronizado para poderalinear el relo? local con el inicio de cada s*mbolo. Poreste moti&o, se implementa usualmente de manera
diferencial, como Modulación por Posición de Pulso#iferencial, donde la posición de cada pulso es elegidaen función del pulso anterior, + de esta manera, elreceptor sólo debe medir la diferencia de tiempo entrela llegada de los sucesi&os pulsos. Con este tipo demodulación, un error en el relo? local se podr*a
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propagar sólo a la medición de dos pulsos ad+acentes,en &ez de a toda la transmisión.
)ensi+ilidad a la Inter,erencia por CaminosM-ltiples
#e?ando de lado las cuestiones relati&as a lasincronización del receptor, la principal des&enta?a dela MPP es ue es de por s* mu+ sensible a lainterferencia por caminos m8ltiples ue surge encanales con des&anecimientos selecti&os enfrecuencia, donde la señal en el receptor contiene
ecos de los pulsos transmitidos. #ado ue lainformación est( codi!cada en el tiempo de llegada,+a sea de manera diferencial o relati&a a un relo?com8n, la presencia de estos ecos 2ace ue seaetremadamente dif*cil, si no imposible, poderdeterminar con precisión la posición correcta del pulsotransmitido.
Detección &o Coherente
Por otro lado, una de las principales &enta?as de estetipo de modulación es ue es una modulación M"ariaue puede ser implementada de forma no co2erente,de manera tal ue el receptor no necesita utilizarun lazo de seguimiento de fase. Esto 2ace ue sea uncandidato adecuado para los sistemas decomunicaciones ópticas, donde una modulación +detección co2erente es dif*cil + mu+ cara. La 8nicaotra modulación com8n M"aria no co2erente es latcnica de modulación por desplazamiento defrecuencia, ue es la tcnica an(loga pero en eldominio de la frecuencia.
