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8/20/2019 Guia Modulacion QAM
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PRACTICA DE LABORATORIO Nº2b: SISTEMA DEMODULACIÓN QAM (QUADRATURE AMPLITUDE
MODULATION)
HECTOR GORDILLOMICHAEL BERNAL
IVAN LADINO
Universidad los LibertadoresFacultad de ingenierías
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Tabla de contenido
1. Introducción
2.
Marco teórico2.1. Modulador QAM2.2. Demodulador QAM
3. Desarrollo3.1. Diseño e implementación del modulador QAM en Multisim
3.2. Diseño e implementación del demodulador QAM en Multisim
3.3. Implementación del modulador y demodulador QAM en Simulink de
MATLAB.
4.
Pruebas
5. Preguntas
6. Bibliografía
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1.
INTRODUCCIÓN
El sistema de modulación QAM genera un espacio de señal cuadrada, lo que se entiende
que trabaja en dos dimensiones, teniendo como base F1 y F2, esto indica que el QAM monta
la información en dos portadoras ortogonalmente independientes entre sí, seno y coseno.
El modulador QAM transmite dos conjuntos de bits totalmente independientes por el
mismo canal, por ejemplo sobre F1 se transmiten K 1, y en F2 se monta K 2, donde K 1 y K 2,
son dos palabras de bits totalmente independientes.
Este tipo de modulación es muy parecido al modulador PAM, si se quiere ver de cierto
modo el QAM son dos PAM sumados en su salidas cada una con su propia señal y palabras
de bits independientes, el demodulador QAM se puede ver también como dos
demoduladores PAM con la entrada común y rescatando las dos palabras de bits por
separado.
Objetivos
Generales
Diseñar, implementar y simular un modulador (QAM) de 6 bits en las herramientas
de Simulink de MATLAB y Multisim.
Específicos
Identificar el modulador QAM y sus componentes, comprobando su funcionamiento
con las herramientas de Simulink de MATLAB y Multisim.
Reconocer el funcionamiento del demodulador QAM y todos sus bloques
funcionales, tales como correlator y decodificador, sustentados en las herramientas
de Simulink de MATLAB y Multisim.
2. MARCO TEÓRICO
2.1.
Modulador QAM
El sistema de modulación QAM, trabaja con dos portadoras Seno y Coseno, por lo que elespacio de señal que se genera es un cuadrado, el tamaño de este depende del número de
bits a transmitir delo cual dependerá la complejidad y el tamaño del modulador.
El modulador QAM, consta de dos moduladores PAM con diferente portadora, Seno y
Coseno, los bits para cada portadora también son diferentes e independientes entre sí, por lo
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que este sistema de modulación optimiza mejor el canal de transmisión, el modulador
quedaría de la siguiente forma:
Ilustración 1 Modulador QAM
2.2. Demodulador QAM
El demodulador es muy parecido al de PAM, se aplican las mismas herramientas un
correlator y un decodificador, simplemente que se utiliza un demodulador PAM para cada
portadora es decir, un correlator para seno y otro para coseno igualmente un decodificador
para cada uno de los corelatores, de esta manera se rescatara cada una de las palabras de
bits por separado, K 1 y K 2, el diagrama de bloques del demodulador se podría ver de lasiguiente manera:
Ilustración 2 demodulador QAM
3. Desarrollo
3.1.
Diseño e implementación del modulador QAM en Multisim
El modulador QAM tiene dos señales base o portadoras:
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La señal de salida del modulador QAM esta descrita de la siguiente manera:
Donde m va de 1 hasta 2
k donde K es el número de bits a transmitir, delo que tenemos que:
Dónde:
( √ ) √ Basándonos en lo anterior nos podemos dar cuenta que el QAM es una composición de dos
PAM, cada uno con una señal diferente, ahora se diseñara un modulador QAM de 6 bits.
El modulador que se diseñara e implementara será un QAM de 6 bits.
El primer paso es hallar los Amc y los Ams:
M Ams Amc
1 -7 -7
2 -5 -5
3 -3 -3
4 -1 -1
5 1 1
6 3 3
7 5 5
8 7 7
Ahora tenemos generaremos al igual que el modulador PAM una base de tiempos para eltiempo de símbolo, ya que este es un múltiplo entero del periodo de la portadora, para este
ejemplo será de 8.
Los símbolos en hardware son simplemente niveles de voltaje, los cuales se logran con una
escalera de resistencias, como ya se dijo el QAM consta de dos PAM sumadas en sus
salidas.
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Ilustración 3 PAM portadora seno (izquierda), PAM portadora coseno (derecha)
La salida de los multiplicadores son simples señales PAM con diferente portador para
poder generar una señal QAM es necesario sumar las salidas de dichos multiplicadores, el
comparador que vemos en la figura 3(derecha), genera una señal cuadrada a la frecuencia
de la portadora, la cual se usara para generar el tiempo de símbolo, ya que es 8 veces la
portadora, se tomara un contador de bits y se tomara a partir del 3bit de conteo D3, ya que
23=8.
La señal QAM se debe ver de la siguiente manera:
Ilustración 4 señal QAM
El modulador quedaría de la siguiente forma:
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Ilustración 5 modulador QAM
3.2. Diseño e implementación del demodulador QAM en Miltisim
El demodulador QAM al igual que el modulador se puede ver como dos PAM, los dos
demoduladores PAM son exactamente iguales, con entrada común, la cual es la señal QAM
del modulador, la única diferencia es que un correlator está comparando con coseno y el
otro con seno, para poder rescatar los bits K 1 y K 2 por separado, ya que estos son
totalmente independientes.
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La base de tiempos quedara de la siguiente manera:
Ilustración 6 Habilitación (superior), lectura (medio), reset (inferior)
El correlator se diseñara al igual con el integrador LM13700, de la misma forma que se
trabajó en el demodulador PAM, y el decodificador es exactamente el mismo.
Ilustración 7 Correlator coseno
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Las salidas de los correlatores se vera de la siguiente manera:
Ilustración 8 señal correlator (coseno superior), (seno inferior)
El decodificador se mostrara a continuación:
Ilustración 9 Decodificador seno
Para un mayor entendimiento de este documento es necesario contar con el modulador
QAM en multisim correspondiente a este documento, el los dos correlatores y
decodificadores cada uno están contenidos dentro de una caja para lograr un mejor orden.
A la salida de los decodificadores debemos tener la información nuevamente, es decir las
palabras de bits K 1 y K 2.
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Ilustración 10 salida decodificador seno.
3.3. Implementación del modulador y demodulador en Simulink deMATLAB
En la herramienta Simulink de MATLAB, se cran una serie de bloques, la primera es un
contador para generar los tiempos de control: reset, y tiempo de símbolo.
Ilustración 11 tiempo de símbolo (superior) y reset(inferior).
Las señales de control son las siguientes:
Ilustración 12 tiempos, reset y habilitación (superior), tiempo de símbolo (inferior)
La parte de los Ams y Amc, son generados con valores constantes en ves e divisores de
tención, estos se conectan a un multiplexor controlado con el tiempo de símbolo, el
demodulador es generado con una caja de integración controlada por el tiempo de reset.
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Ilustración 13 señal de salida QAM
Ilustración 14 demodulador seno
El modulador y demodulador QAM completo quedaría de la siguiente forma:
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Ilustración 15 modulador y demodulador QAM
4. PRUEBAS
Diseño, simulación e implementación de un modulador digital multi-esquema QAM
de 4 bits empleando los moduladores básicos AM y los codificadores
correspondientes.
Obtener los gráficos de espacio de señal para cada esquema de modulación digital.
Adicionar ruido blanco gaussiano e interpretar el resultado sobre el espacio de
señal.
Diseño, simulación e implementación de un demodulador digital multi-esquema
QAM de 4 bits empleando correlatores y los decodificadores correspondientes.
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Generar una secuencia aleatoria digital y modularla, con el modulador digital multi-
esquema luego simule un canal de comunicaciones con un circuito sumador
operacional y demodule con el demodulador digital multi-esquema QAM, Compare
el espacio de señal del modulador con el obtenido en el demodulador.
Adicione ruido y realice el análisis del paso anterior. Modifique una de las palabras de bits como K 2 para ver sus resultados en el
demodulador, esto con el fin de comprobar la independencia entre K 1 y K 2.
¿En que afecta el resultado del demodulador si se acorta el tiempo de habilitación,
dejándolo por ejemplo de la misma duración al tiempo de reset? y ¿cómo se puede
contrarrestar dicho efecto?
5. PREGUNTAS.
¿Qué efecto tiene el ruido en cada esquema de modulación? ¿Cómo se emplea la medición de distancia sobre el espacio de señal, para el proceso
de demodulación?
¿Cómo se determina la potencia promedio necesaria para cada esquema de
modulación?
¿Qué papel desempeña el correlator en el proceso de demodulación?
Explique las ventajas y desventajas de los moduladores m-arios con respecto a los
binarios.
6. BIBLIOGRAFÍA
Digital comunications, Jhon Proakis, 4ed
