MODULACION QAM

DIRECCIÓN DE INGENIERÍADE TELECOMUNICACIONES

“Año de la Diversificación productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

Facultad : Ingeniería de Sistemas y Electrónica

Curso : Telecomunicaciones II

Tema : Modulación QAM

Integrantes : Machuca Rincón Gino Vallejos Rojas Luis

García Méndez Richard

Álvarez Antonio Leonardo

Profesor : Ayala Herrera Ángel

2015

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MODULACION QAM

OBJETIVOS:

- Simular modulación QAM. - Analizar el proceso de la modulación QAM. - Graficar el diagrama de constelación y el diagrama fasorial.

FUNDAMENTO TEORICO:

La Modulación de Amplitud en Cuadratura o QAM es una modulación digital en la que el mensaje está contenido tanto en la amplitud como en la fase de la señal transmitida. Se basa en la transmisión de dos mensajes independientes por un único camino. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasada 90º entre uno y otro mensaje. Esto supone la formación de dos canales ortogonales en el mismo ancho de banda, con lo cual se mejora en eficiencia de ancho de banda que se consigue con esta modulación.

La importancia de este sistema de modulación se debe a la gran cantidad de aplicaciones asociadas a ella:

• Es empleada por módems para velocidades superiores a los 2400 bps (por ejemplo V.22 bis y V.32).

• Es la modulación empleada en multitud de sistemas de transmisión de televisión, microondas, satélite...

• Es la base de la modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal.

• Es la base de los módems ADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line) que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.

En este tema no entraremos en la evaluación del comportamiento de este sistema, es decir, en el cálculo de la probabilidad de error. En este aspecto, un sistema QAM M-ario supera el comportamiento de los sistemas de modulación PSK-M-arios para M>4, en canales con ruido blanco, teniendo ambos características espectrales y de ancho de banda similares. Sin embargo, este comportamiento superior puede conseguirse únicamente si el canal está libre de no-linealidades, debido a las características de envolvente constante de los sistemas PSK.

TRANSMISOR QAM BÁSICO.

El esquema de un transmisor en QAM básico se muestra a continuación. Los datos di serie de entrada, generados a velocidad Rb bps se agrupan mediante un conversor serie/paralelo, formando palabras de J bits que pasarán al módulo de mapeo de estas palabras.

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Con el propósito de obtener una eficiencia espectral mayor se recurre a métodos de modulación de mayor número de fases.

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Debido a las prestaciones de tasa de error BER en función de la relación portadora a ruido C/N no es conveniente continuar incrementando el número de fases PSK. La modulación de 16 fases PSK consiste en 16 estados de fase distribuidos en una circunferencia con igual amplitud. Una distribución más acertada es 16QAM donde las fases se distribuyen en un reticulado de acuerdo con la Fig 03. La virtud de 16QAM frente a 16PSK es que las fases se encuentran más separadas una de otra con lo cual admiten una amplitud de ruido mayor. El modulador 16QAM se puede efectuar de 2 formas:

- Mediante un codificador apropiado se disponen de 4 trenes de datos en paralelo y se agrupan de a dos para obtener dos señales analógicas con 4 estados de amplitud cada una (-3,-1,+3,+1). A continuación se efectúa la modulación en cuadratura convencional del tipo 4PSK.

- Mediante 2 moduladores del tipo 4PSK se generan 4 estados de fase en cada uno. Uno de ellos se lo afecta con una atenuación de 6 dB antes de la suma. La modulación 16 QAM resulta ser una modulación 4PSK por cuadrante, donde los cuadrantes se obtienen mediante la otra modulación 4PSK.

La modulación 16QAM permite transmitir una velocidad de 140 Mb/s (4x34 Mb/s) en un ancho de banda de 80 MHz. Como el ITU-R tiene definidas también bandas con ancho de 60 MHz se ha introducido la modulación 64QAM. La modulación 4PSK solo se usa en sistemas de baja y media capacidad (hasta 34 Mb/s).

La modulación 64QAM se muestra en la Fig 03. El modulador es una extensión del concepto anterior con 6 trenes de datos en paralelo en lugar de 4. Se administran 2 señales analógicas de 8 niveles de amplitud moduladas en cuadratura o se utilizan 3 moduladores 4PSK con relación de atenuación de 6 y 12 dB. La distribución de códigos a cada fase se realiza siguiendo una codificación cíclica; de tal forma un error de fase introduce en las fases más cercanas solo un error de bit.

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RECEPTOR QAM: DESCRIPCIÓN GENERAL.

Un receptor QAM sigue el esquema que se presenta en la siguiente figura. Como puede observarse, el esquema del receptor es considerablemente más complejo que el del transmisor.

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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1. Realizar un diagrama de Flujo para la generación de 16-QAM y 32-QAM.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

1. Porque es importante La modulación QAM, muestre ejemplos concretos.

Este tipo de modulación tiene la ventaja de que ofrece la posibilidad de transmitir dos señales en la misma frecuencia, de forma que favorece el aprovechamiento del ancho de banda disponible.

Tiene de inconveniente que es necesario realizar la demodulación con demoduladores síncronos.

La importancia de este sistema de modulación se debe a la gran cantidad de aplicaciones asociadas a ella:

• Es empleada por módems para velocidades superiores a los 2400 bps (por ejemplo V.22 bis y V.32).

• Es la modulación empleada en multitud de sistemas de transmisión de televisión, microondas, satélite...

• Es la base de la modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal.

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• Es la base de los módems ADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line) que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.

2. Realizar una interfaz gráfica en SCILAB para la generación de 16-QAM y 32-QAM.

3. ¿Qué parámetros variara en 8 QPSK, para obtener a la salida 8-QAM, realizarlo en una función con SCILAB.

function ajuda(); messagebox(['Exemplo de Janela com controles. '; 'Versão: 0000.510/22.02.2012'; ' '; 'Prof. Dr. Francisco J. A. de Aquino'; 'IFCE - Campus Fortaleza'; 'Contato: [email protected]';],"modal");endfunction

// función M_QAM// entrada: bits e M (modulación)

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// saida: simbolosfunction s=m_qam(bts, M); j = %i; p = 1; ps = 1; v = [1+j, 1-j, -1+j, -1-j, 3+j, 3-j, -3+j, -3-j, 1+3*j, 1-3*j, -1+3*j, -1-3*j, 3+3*j, 3-3*j, -3+3*j, -3-3*j]; n = max(size(bts)); // bits de entrada m = log2(M); // indice de modulacao ts = round(n/m); s = zeros(ts,1); vbb = s; while p<(n-2) bb=0; for k=0:(m-1) bb = bb+bts(p+k)*2^k; end bb=bb+1; s(ps)=v(bb); vbb(ps)=bb; ps=ps+1; p=p+m; endendfunction

function s=m_psk(bts, M); j = %i; p = 1; ps = 1; dteta = %pi/M; n = max(size(bts)); // bits de entrada m = log2(M); // indice de modulacao ts = round(n/m); s = zeros(ts,1); vbb = s; while p<(n-m) bb=0; for k=0:(m-1) bb = bb+bts(p+k)*2^k; end s(ps)=cos(2*bb*%pi/M)+j*sin(2*bb*%pi/M); vbb(ps)=bb; ps=ps+1; p=p+m; endendfunction

function s=m_ask(bts, M); j = %i;

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p = 1; ps = 1; dm = (M-1)/2; n = max(size(bts)); // bits de entrada m = log2(M); // indice de modulacao ts = round(n/m); s = zeros(ts,1);// disp('ok ate aqui'); vbb = s; while p<(n-2) bb=0; for k=0:(m-1) bb = bb+bts(p+k)*2^k; end //bb=bb+1; //disp(bb) s(ps)=2*(bb-dm); vbb(ps)=bb; ps=ps+1; p=p+m; //disp(p) end //disp(vbb') //s = s + 0.01*(rand(ts,1,'normal')+j*(rand(ts,1,'normal')));endfunction

// A partir de la simulacion:function grafico();

// Indice M de modulaçion:pop1 = findobj("Tag", "lista_indice");indc = get(pop1, "String");sel_indc = get(pop1, "Value");disp(sel_indc);

msg01 = msprintf(gettext("Você selecionou ''%s''."), indc(sel_indc));M = 4;select sel_indc case 1 then M = 4; case 2 then M = 8; case 3 then M = 16;end // Tipo de modulación:pop2 = findobj("Tag", "lista_mod");modc = get(pop2, "String");sel_modc = get(pop2, "Value");

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msg02 = msprintf(gettext("Você selecionou ''%s''."), modc(sel_modc));messagebox(msg01, msg02, gettext("Popupmenu selection"), "info", "modal");

i_mod = sel_modc; // ASK = 1, PSK = 2, QAM = 3;vb = sign(rand(1,3000,'normal')) + 1;vb = vb/2;

select i_mod case 1 then s1 = m_ask(vb,M); case 2 then s1 = m_psk(vb,M); case 3 then s1 = m_qam(vb,M);end

fs1 = max(size(s1)) - 3;s1 = s1(1:fs1);

// ruido:sel_ruido = get(lista_ruido, "Value");AA = 0.1*(sel_ruido-1)*(sel_ruido-1);sn = AA*(rand(1,fs1,'normal')+ %i*rand(1,fs1,'normal'));

s1 = s1 + sn';

// mostrando gráfico:subplot(2,2,3); plot(real(s1),imag(s1),'.'); xgrid;endfunction

////////////// Programa-Janela Principalclc;close; close; close;

// Janale Principal:f1 = figure();// Remove Scilab 'standard' menusdelmenu(f1.figure_id, gettext("Arquivo"));delmenu(f1.figure_id, gettext("&Tools"));delmenu(f1.figure_id, gettext("Editar"));delmenu(f1.figure_id, gettext("?"));// Disable graphics toolbartoolbar(f1.figure_id, "off");// Adjust figure size after toolbar removingaltura = 400;largura = 500;f1.position = [50 50 largura altura];f1.figure_name = "Janela com controles";f1.auto_resize = "off"

// simulación – generar el gráfico:

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button01 = uicontrol(f1, "Position", [largura-80 altura-30 75 20], ... "Style", "pushbutton", "FontSize", 11, ... "String", "Gráfico!", "callback", "grafico()");

// Indica texto:text_00 = uicontrol(f1, "Position", [20 altura-30 70 20], ... "Style", "text", "FontSize", 11, "String", "Caixa de texto:", ... "BackgroundColor", [1 0.5 0.5]); // texto a ser transmitido:Ltxt = 300; // largura da cada de texto.ttx= ['Fim do texto. '];edit01 = uicontrol(f1, "Position", [100 altura-30 Ltxt 20], ... "Style", "edit", "FontSize", 11, "String", ttx, ... "BackgroundColor", [1 1 1]);

// datos de modulador:text_mod = uicontrol(f1, "Position", [20 altura-90 70 20], ... "Style", "text", "FontSize", 11, "String", ". Modulação:", ... "BackgroundColor", [1 1 1]); // Listbox used to tipo de modulacaomodula = strcat([gettext("ASK") gettext("PSK") gettext("QAM") gettext("BPSK")], "|");lista_mod = uicontrol(f1, "Position", [100 altura-90 60 20], ... "Style", "popupmenu", "FontSize", 11, ... "String", modula, "BackgroundColor", [1 1 1], ... "Tag", "lista_mod");

// Listbox - popmenu - indice de modulacaoindice = strcat([gettext("M=4") gettext("M=8") gettext("M=16")], "|");lista_indice = uicontrol(f1, "Position", [170 altura-90 60 20], ... "Style", "popupmenu", "FontSize", 11, ... "String", indice, "BackgroundColor", [1 1 1], ... "Tag", "lista_indice");

// Indica texto:text_rr = uicontrol(f1, "Position", [20 altura-120 70 20], ... "Style", "text", "FontSize", 11, "String", "Nivel de ruido:", ... "BackgroundColor", [1 0.5 0.5]); // Listbox - popmenu - indice de ruidoindice_r = strcat([gettext("Sem ruido") gettext("Pouco ruido") gettext("Muito ruido")], "|");lista_ruido = uicontrol(f1, "Position", [100 altura-120 90 20], ... "Style", "popupmenu", "FontSize", 11, ... "String", indice_r, "BackgroundColor", [1 1 1], ... "Tag", "lista_ruido");

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// Ayuda ajuda_button = uicontrol(f1, "Position", [largura-110 28 80 20], ... "Style", "pushbutton", "String", gettext("Ajuda?"), ... "FontWeight", "bold", "FontSize", 11, "Callback", "ajuda()");

// Boton de saidaquit_button = uicontrol(f1, "Position", [largura-130 5 120 20], ... "Style", "pushbutton", "String", gettext("Fechar janela!"), ... "FontWeight", "bold", "FontSize", 11, "Callback", "close();");

subplot(2,2,3);

4. Conclusiones y Recomendaciones.

Conclusión Los conceptos clave que debe recordar incluyen comprender qué son realmente las señales de modulación QAM y cómo determinar la calidad de QAM:

• BER es una prueba de certificación que se puede corregir con FEC cuando los problemas ocurren en la señal de QAM. BER puede tener valores apenas diferentes según los diversos conjuntos de chips y los algoritmos usados en ellos para corregir los valores de I y Q. Recuerde que "previos a BER" es principalmente una indicación original del rendimiento de la red HFC y "posterior a BER" indica el nivel en el que FEC funciona para solucionar los problemas. Recuerde que BER no es una prueba que se puede realizar rápidamente, al igual que las mediciones de niveles e incluso MER, y pueden variar según el tipo de QAM y las tasas de símbolos utilizadas.

• MER es útil para identificar el ruido continuo en el trayecto del cable coaxial, ya sea como resultado de niveles de potencia bajos, portadoras fuera de aire o interferencia constante en el motor eléctrico. Los valores aceptables de MER dependen del tipo de QAM utilizada. Las señales moduladas de QAM superiores exigen niveles más altos de MER para funcionar de forma eficaz. La mayoría de los patrones de distorsión y de interferencia digital se pueden diagnosticar y solucionar cuando se utilizan herramientas que miden los canales de QAM con mediciones promedio del nivel digital, MER y BER, como los medidores MSQ o DSAM ofrecidos por JDSU.

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