Comunica c i Ones

20/03/2014

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Comunicaciones digitales

Modulaciones digitales

Ing. Griselda Del Pilar Vzquez Monzn

Cuernavaca Morelos a 26 Noviembre del 20131

Contenido

1.Modulacin2.Formas de modulacin digital3.Modulacin PSK4.Constelaciones5.Constelaciones (QPSK)6.Constelaciones (8-PSK)

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Modulacin

Ejemplo de tcnicas de modulacin :

Modulacin: Es modificar una o mascaractersticas de una seal portadora pararepresentar la informacin que se transmite.

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Formas de modulacin digital

Ejemplo de tcnicas de modulacin :

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Diferencias entre tcnicas de modulacin

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FSK FM


Diferencia entre modulacin PM y PSK

Modulacin de fase convencional (PM):Variacin de fase continua, en funcin de laseal moduladoraModulacin PSK: la seal moduladora es unaseal digital y, por tanto, con un nmero deestados limitado. 6

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Tcnicas de modulacin

Portadora Portadora anlogaanloga

Informacin anloga

AM

FM

PM

Informacin digital

FSKASKPSK

BPSKQPSK

QAM

Portadora digitalPortadora digital

Informacin anloga

PAM

PWM

PPM

Informacin digitalPCM

DPCMADPCM


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En los sistemas de modulacin por salto de frecuencia, FSK, la sealmoduladora hace variar la frecuencia de la portadora, de modo que laseal modulada resultante codifica la informacin asocindola a valoresde frecuencia diferentes.

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Modulacin de Frecuencia FSK

Este tipo de modulacin consiste enasignar una frecuencia diferente a cadaestado significativo de la seal de datos.Para ello existen dos tipos de modulacinFSK:

CoherenteCoherente No CoherenteNo Coherente

FSK coherente

Esta se refiere a cuando en el instante de asignar la frecuencia se mantiene la fase de la seal.

Seal modulante; Informacin digital

Portadora anloga

Portadora modulada; Modulacin digital

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FSK binario

La expresin general para una seal FSK binaria es:


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Formas de modulacin digital PSK La fase de la seal portadora representa cada smbolo de informacin de la

seal moduladora.

A mayor nmero de posibles fases, mayor es la cantidad de informacin quese puede transmitir utilizando el mismo ancho de banda, pero mayor estambin su sensibilidad frente a ruidos e interferencias.

Dependiendo del nmero de posibles fases a tomar, recibe diferentesdenominaciones.

El nmero de fases a tomar es una potencia de dos.

PSK

BPSK QPSK 8-PSK 16-PSK ..

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Constelaciones El diagrama de constelacin, tambin denominado espacio de seal se

representan mediante smbolos en un espacio vectorial. Los ejes del plano del diagrama suelen ser llamados "I" (en fase) y "Q" (en

cuadratura). Los puntos en la constelacin representan smbolos de modulacin, que

componen el alfabeto del esquema digital escogido, es decir todas las "palabras"que podrn usarse en un intercambio de informacin.

Representacin polar (magnitud y fase)

Proyeccin de seal I Y Q

Formato I-Q Conversin de rectangular a polar 14

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Funciones seno y coseno

I Seal= cos(t) (1)- cos (t) (0)

I Q seal= Sen(t) (1)- Sen (t) (0)

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Sen(t)-Sen(t)

Cos(t)

-Cos(t)

Modulacin BPSK

I Seal= cos(t) (1)- cos (t) (0)

I Q seal= Sen(t) (1)- Sen (t) (0)

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Cambio de fase 1800

Dato digital

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Constelaciones QPSK

QPSK= I+Q

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Constelaciones QPSK Esquema de modulacin digital que es representada en el diagrama de

constelacin por cuatro puntos equidistantes del origen del coordenadas.

La asignacin de bits a cada smbolo suele hacerse mediante el cdigo Gray.

2n= 22=4 combinaciones

Smbolos transmitidos Desfasamiento Amplitud

00 225 101 135 110 315 1

11 45 1

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10






00 225 101 135 110 315 1

11 45 1

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00 225 101 135 1

10 315 1

11 45 1

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11






00 225 1

01 135 110 315 1

11 45 1

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Constelaciones 8-PSK

2n= 23=8combinaciones

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PARMETROS

CLAVES

Diagrama de Constelacin. Indica el comportamiento del enlace y modulador.Modulation Error Rate (MER). Indicador de degradacin de seal temprana. MER es una relacin entre la potencia de la seal y la potencia de los vectores de error expresado en dB

PARMETROS CLAVES DE RF

Error Vector Magnitud (EVM) Es una medida similar al MER pero expresado de un modo diferente. EVM es la relacin entre el valor RMS de amplitud del vector de error y el valor de amplitud del smbolo mayor expresado en porcentaje.

Bit Error Rate (BER) Es una relacin entre los bits corregidos y el total de bits transmitidos. El BER es una medida de que tan duro debe trabajar el sistema de correccin de error (FEC).

Transport Error Flag (TEF) Es un indicador de falla, se conoce como Reed-Solomon uncorrected block counts.

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PARMETROS CLAVES

Seales recibidas con

diferentes cantidades de

ruido

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Probabilidad de error en funcin de SNR

Para qu utilizamos modulaciones deorden alto si esto provoca ms errores?

A medida que aumentamos el orden de la constelacin, aumenta la tasa de bit (nmero de bit que podemos transmitir en un segundo).

Queda claro que existe un compromiso entre velocidad de transmisin y probabilidad de error.


Portadora Portadora anlogaanloga

Informacin anloga

AM

FM

PM

Informacin digital

FSKASKPSK

BPSKQPSK

QAM

Portadora digitalPortadora digital

Informacin anloga

PAM

PWM

PPM

Informacin digitalPCM

DPCMADPCM

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Tcnicas de modulacin PAM

(Modulacin por amplitud de pulsos)


Modulacin por duracino anchura de pulsos(PWM o PDM).

Modulacin por posicinde pulsos (PPM): En estecaso, la seal moduladora produce undesplazamiento de los pulsosrespecto a la posicin de stos enausencia de modulacin.

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Densidad de potencia espectral

El ancho de banda efectivo consiste en la porcin del espectro que contiene la mayor parte de la potencia .

La densidad de potencia espectral describe el contenido en potencia de una seal como funcin de la frecuencia.

Es decir representa cuanta potencia hay en las distintas bandas de frecuencia.

Modulaciones paso banda

La informacin a transmitir se enva en forma de pulsos rectangulares de tensin de una duracin determinada, y la amplitud del pulso se corresponde con un determinado cdigo. Sin embargo los pulsos a transmitir se modulan modificando por una seal sinusoidal de una determinada frecuencia, amplitud o fase. Esta operacin hace que el espectro de la seal transmitida se concentre alrededor de la frecuencia portadora .

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Modulaciones en banda base

Su caracterstica principal es que, al utilizar pulsos rectangulares, el espectro de las seales transmitidas empieza en 0 Hz, concentrndose la mayor parte de la energa transmitida en las bajas frecuencias

Efecto del ancho de banda

Pulsos antes de ser transmitidos

Pulsos despus de la transmisin:

Ancho de banda 500Hz

Ancho de banda 500HzAncho de banda 500Hz

















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Transmisin de Datos

Canal

informacin

digital binariaCONVERTIDOR DE VALORES LGICOS A SEAL ELCTRICA

informacin

digital binaria

TX

REGENERACIN DE SEAL ELCTRICA Y CONVERSIN A VALORES LGICOS

RX

Para la transmisin de informacin digital es necesario representar sta a travs de una seal.

A las diversas formas en que puede representarse la informacin digital como seales se les denomina Cdigos de Lnea.

seal

elctrica

1 1 0 1 0 0 1

Transmisin de Datos

Los tipos de codificacin de lnea:

Cdigos de lnea

Unipolares Polares Bipolares

Influyen en:Potencia de transmisinAncho de bandaFacilidad de recuperacin del reloj en el receptor.Deteccin y correccin de errores, etc.

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Transmisin de Datos

Unipolar:

En este caso un 1 siempre toma una polaridad positiva o negativa, mientras que un 0 vale siempre 0.

Unipolar +

Unipolar -

Transmisin de Datos

Polar:

En este caso la seal toma valores positivos para un 1 lgico y negativos para un 0 lgico pero nunca toma el valor 0

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Transmisin de Datos

Bipolar:

En este caso un dgito toma valor con polaridad alternada mientras que el otro permanece siempre en 0.

t

t

1 1 0 1 0 0 1( )td

No Regreso a Cero

Regreso a Cero

Manchester

Regreso a Polaridad

Regreso a Cero Bipolar con Inversin Alterna de Marca

Miller

t

t

t

t

uN R Z

R Z

R B

A M I

M A N

M IL L E R

Informacin Digital Binaria

Cdigos de Lnea

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Cdigo N Regreso a Cero (NRZ) I1 1 0 1 0 0 1( )td

No Regreso a Cero t)( td NRZ


)()( 222 bTbNRZ SincTAD =

bTdBB 44.03

0bT

1bT

2bT1

bT2

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NRZ: ventajas e inconvenientes

Ventajas: Fcil de implementar Uso eficaz del ancho de banda

Inconvenientes Componente continua (DC) Ausencia de la capacidad de sincronizacin

Usados para grabaciones magnticas

No usados para transmisin de seales

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Cdigo Regreso a Cero (RZ) I1 1 0 1 0 0 1( )td

Regreso a Cero t)( td RZ


0bT

1bT

2bT1

bT2

+=

=

+=n

n

TnnATTA

RZ bbb SincSincD )()()()( 22284216

22 pipipi

bTdBB 88.03

Cdigo Regreso a Cero (RZ) II

Densidad espectral de potencia

Transparencia

Alto contenido de energa cercano a 0. Doble ancho de banda que NRZ. Puede considerarse que la mxima frecuencia de la seal es 2fd como criterio para limitar su ancho de banda.

El valor promedio de la seal y la posibilidad de detectar el inicio de un bit dependen slamente del contenido de 0s

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Cdigo AMI I

1 1 0 1 0 0 1( )td

Regreso a Cero Bipolar con Inversin Alterna de Marca t

)( td AMI


0bT

1bT

2bT1

bT2

)()()( 224242

bbb TTTABRZ senSincD

=

bTdBB 71.03

Binario Multinivel

Usan ms de dos niveles

Bipolar-AMI

0 representado por ausencia de seal 1 representado por pulsos de polaridad alternante No hay prdidas de sincronismo para una larga cadena de unos

(s para cadena de ceros) No tiene componente continua Menor ancho de banda que NRZ

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t

Cdigo Manchester I

1 1 0 1 0 0 1( )td

Manchester )( td MAN


0bT

1bT

2bT1

bT2

)()()( 42422 bb TTbMANCHESTER senSincTAD =

bTdBB 16.13

Inmunidad al ruido

Densidad espectral de potencia

Transparencia

Mayor inmunidad al ruido al emplear voltajes positivos y negativos.

No tiene contenido de energa cercano a 0. Doble ancho de banda que AMI.

La autosincronizacin se mantiene independientemente del valor de la informacin.

Cdigo Manchester II

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Multiplexado

Modulador

Mezclador lineal o

sumador

Portadora fp1Transmisor

A un cable

Todas los subportadorasse combinan en una sola seal compuesta que modula al transmisor

Seal 1 Antena

Modulador

Portadora fp2

Seal 2

Modulador

Portadora fpn

Seal m

Multiplexado: es la transmisin de informacin (en cualquier forma) de ms de una fuente a ms de un destino a travs del mismo medio (instalacin) de transmisin.

Multiplexado

Los dos tipos bsicos de multiplexado son :

Multiplexado por divisin de frecuencia (FDM) (analgica)(Las seales individuales que se transmitirnse asignaran a frecuencias diferentes dentro de un ancho de banda comn)

Multiplexado por divisin de tiempo (TDM) (digital)

Las mltiples seales se transmiten en ranuras de tiempo diferentes.

Multiplexado: es el proceso de transmitir dos o ms seales a travs de un solo canal de comunicaciones.

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Multiplexado por divisin de tiempo (TDM)

En el TDM, las transmisiones de varias fuentes se hacen por una sola lnea, pero no al mismo tiempo. Las transmisiones procedentes de distintas fuentes se intercalan en el dominio del tiempo.

La clase ms comn de modulacin que se usa en TDM es la PCMmodulacin por cdigo de pulso).

Multiplexado

Multiplexado por divisin de tiempo (TDM)Multiplexado

Tiempo de trama: Es el tiempo que tarda en transmitir una muestra de cada canal . Reciproco a la frecuencia de muestreo

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Multiplexado por divisin de tiempo (TDM)Multiplexado

Multiplexado por divisin frecuencia (FDM)Multiplexado

Se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban elmismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, yse transmite en forma simultnea por un solo medio de transmisin. Asse pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angostapor un solo sistema de transmisin de banda ancha.

Modulador

Mezclador lineal o

sumador

Portadora fp1Transmis

or

A un cable

Todas los subportadoras se combinan en una sola seal compuesta que modula al transmisor

Seal 1 Antena

Modulador

Portadora fp2

Seal 2

Modulador

Portadora fpn

Seal m

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Radio definido por softwareSDR

SDR es un trmino que engloban a aqullos sistemas que, de modopreconfigurado, pueden cambiar los parmetros de operacin, como lafrecuencia de uso o la modulacin. Se trata de desarrollos que permiten latransmisin y recepcin a travs de un amplio rango de frecuencias. Sufuncionamiento se basa en el procesado de la seal, que permite variar lafrecuencia de transmisin en el tiempo.


equipo desarrollado por Gerald, AC5OG.es un transceptor denominado SDR-1000

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El modelo OSI (una estructura jerrquica de 7 capas que define los niveles de operacin y su interrelacin).


Arquitectura de un sistema transceptor de radio

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ConceptosAntenas

Una antena es un sistema conductor metlico capaz de radiar y capturar ondas electromagnticas.

Antena inteligente es aquella, que es capaz de generar o seleccionarhaces muy directivos enfocados hacia el usuario deseado, e inclusoadaptarse a las condiciones radioelctricas del momento.

ConceptosAntenas

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ConceptosAntenas

ConceptosAntenas

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ConceptosAntenas

ConceptosFront End de RF

El transceptor cuenta con dispositivos electrnicos de estado slido queprocesan el nivel de las seales ya que la mayor parte de la amplificacinen recepcin se produce a una frecuencia inferior, llamada frecuenciaintermedia. Esto se hace a travs de un mezclador que desplaza elespectro a otro valor de frecuencia.

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ConceptosFront End de RF

El mezclador se compone de un multiplicador al que llega la seal paso banda y un tono proveniente de un oscilador local. La salida se conecta a un filtro paso banda que selecciona el espectro deseado.

ConceptosAntenas

Permite calcular el alcance de una antena a otra en funcinde sus alturas:

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ConceptosAntenas

Diagrama de radiacin es un diagrama o grfica polar que representa intensidades de campo o densidades de potencia en diversas posiciones angulares en relacin con una antena.

Si la grfica de radiacin se traza en trminosde intensidad del campo elctrico (EEEE) o dedensidad de potencia (PPPP) se llama grfica deradiacin absoluta (es decir, distancia variabley potencia fija).

Si se grafica intensidad de campo o densidadde potencia con respecto al valor en algnpunto de referencia, se llama grfica deradiacin relativa (es decir, potencia variable,distancia fija).

ConceptosAntenas

Coordenadas esfricas

Diagrama de radiacin absoluta

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ConceptosAntenas

ConceptosAntenas

Permite calcular el alcance de una antena a otra en funcinde sus alturas:

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