Universidad tecnológica de pereíra (U.T.P) Ingeniería electrónica –Laboratorio de comunicaciones II.

Resumen— En el siguiente informe utilizamos la tarjeta UTT3 la cual nos sirvió de soporte para modular con diferentes técnicas, como son: PAM, PCM y TDM; en cada una de las técnicas que se encontrara al transcurso del informe se explica su significado y los procedimientos que se llevaron a cavo para adecuar los módulos de la tarjeta y obtener los resultados esperados.

1. INTRODUCCIÓN

Las modulaciones utilizadas para la transmisión de informaciones son múltiples. En radiotecnia, las más corrientes son la modulación en amplitud, en frecuencia y en banda lateral única; en cambio, en telefonía predominantemente se utilizan las modulaciones por impulsos, las cuales permiten transformar la información analógica en forma numérica.

2. OBJETIVOS

Objetivos Generales

Describir los módulos que componen la tarjeta UTT3.

Dar a conocer los componentes que se utilizaran en las prácticas.

Mencionar las utilidades de la tarjeta en el análisis de la Modulación por Impulsos.

Objetivos Específicos

Introducir los conceptos generales sobre las modulaciones por impulsos PAM, PWM, PPM, PCM y la multiplexación por división en el tiempo (TDM).

Describir el teorema del muestreo

3. MARCO TEÓRICO

Modulación

Se denomina modulación, a la operación mediante la cual ciertas características de una onda denominada portadora, se modifican en función de otra denominada moduladora, que contiene información, para que esta última pueda ser

transmitida. La onda en condiciones de ser transmitida. Se denomina señal modulada. La figura No 1 muestra el proceso genérico de la modulación.

El proceso inverso, que consiste en separar de la señal modulada, la onda que contiene solamente la información, se llama demodulación. La modificación debe hacerse de tal forma, que la información no se altere en ninguna parte del proceso. Según la portadora sea una señal del tipo analógico o del tipo digital, las diferentes formas de modulación pueden clasificarse en dos grandes grupos: - Modulación por onda continúa. - Modulación por pulsos. La causas por la cual casi siempre un proceso de modulación, es que todas las señales que contienen información, deben ser transmitidas a través de un medio físico (cable multipar, fibra óptica, el espectro electromagnético, etc.) que une al transmisor con el receptor. A excepción de que dicha transmisión sea efectuada en la modalidad de banda base (en cuyo caso no es necesario el proceso de modulación), para llevarla a cabo, es necesario, en la mayoría de los casos, que la información sea modificada o procesada de alguna manera antes de ser transmitida por el medio físico elegido. Es decir, debe existir una adaptación entre la señal moduladora a ser transmitida con la información y el canal. A su vez la señal moduladora puede tener características analógicas o digitales.

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TARJETA UTT3 (INFORME)UTT3 CARD (Report)Daniel Alberto Alzate Quintero

danielalzate1@hotmail.comChristian Santodomingo

christian3042@hotmail.comSebastián Mosquera

sn1946@hotmail.comWalter David Montoya Velásquez

wmontoya15@hotmail.com

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4. PROCEDIMIENTO

Lección 986: introducción a la modulación por impulsos.

Se leyó la teoría referente a la introducción a la modulación por impulsos y se respondió el cuestionario 986.3:

Q1 las modulaciones por impulsos se utilizan para

R 3-1 Transformar una señal analógica en forma numérica.

Q2 Las siguientes afirmaciones se refieren a la modulación PAM. ¿Cuáles de ellas son verdaderas?

R 3-1 La señal modulada consta de una serie de impulsos cuya amplitud depende de la amplitud de la señal analógica moduladora; para una correcta reconstrucción de la señal moduladora, la frecuencia de los impulsos tiene que ser por lo menos el doble de la frecuencia de la señal moduladora.

Q3 ¿Cuáles de las afirmaciones anteriores son verdaderas si se refieren a la modulación PPM?

R 5-6 La señal modulada consta de una serie de impulsos cuya posición depende de la amplitud de la señal analógica moduladora.

Q4 ¿Cuáles de las anteriores son verdaderas si se refiere a la modulación PWM?

R 2-5 La señal modulada consta de una seria de impulsos cuyo ancho depende de la amplitud de la señal analógica moduladora.

Q5 Si S(f) es el espectro de la señal analógica s(t), ¿Cuánto vale el espectro teórico de la señal s(t) muestreada de frecuencia F?

R 1-4 El doble de F.

Q6 Es preciso convertir la señal PAM una señal cuyo espectro de frecuencia varia de 0.3 a 4 KHz ¿Qué valor tiene que tener la frecuencia de muestreo para satisfacer al teorema de muestro?

R 4-1 Por lo menos 8KHz.

Q7 ¿Cómo es posible reconstruir una señal s(t) de banda B muestreada a la frecuencia F mayor o igual que dos veces B?

R 3-2 con filtro paso-baja con frecuencia de corte F/2.

Q8 Una señal continúa s(t) de banda limitada B=2.5KHz es perfectamente reconocible si se muestrea a una frecuencia:

R 4-5 por lo menos 5KHz.

Q9 ¿Cuándo interviene el fenómeno de aliasing?

R 4-1 en caso de señal analógica sinusoidal, cuando hay menos de dos muestras por periodo de sinusoide.

Q10 En la multiplexacion por división en el tiempo (TDM):

R 4-1 Se asignan distintos intervalos de tiempo a señales diferentes.

Lección 987: Modulación por impulsos en amplitud PAM (parte I).

Se configuro la tarjeta UTT3 para operar como modulador PAM de muestreo natural. Se aplicó una señal sinusoidal de 1kHz-2vpp a la entrada del modulador. Se observo la entrada y la salida del modulador como se muestra en la figura1.

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Figura1.

Q1 ¿Qué puede afirmarse de la señal PAM?

R 3-4 consta de una sucesión de impulsos cuya amplitud sigue la forma de onda de la señal analógica de entrada; los impulsos PAM se obtienen a través del muestreo de la señal de entrada; los intervalos de muestreo están determinados por la señal T2 (Test Point 6).

Q2 ¿Dónde se miden los impulsos de muestreo para el modulador PAM1? ¿Cuánto vale la frecuencia, periodo y la duración de los impulsos?

R 4-3 TP6-8KHz-125us-20us.

A continuación se modifico la forma de muestro a “muestro plano”. Se observo la siguiente señal de salida del modulador figura2. También se le prestó atención a señal de impulsos de muestro figura3.

Figura2.

Figura3.

Se pudo ver que la salida del retenedor de orden cero se mantenía constante entre los impulsos de muestreo. A continuación se muestra la salida del modulador en amplitud de pulso y la señal de muestreo con amplitud constante. En ambos casos se toma un ancho de pulso de muestreo diferente figura 4.

Figura4.

Q3 en el TP11 falta la señal PAM ¿Cuál es la causa?

R 3-4 falta el impulso de muestreo (TP6).

Se procedió a reconstruir la señal muestreada por medio de un filtro pasa bajas ubicado en el receptor PAM/PWM/PPM/TDM RX. La Figura 5 muestra la señal transmitida y la señal recibida. Después se cambio el ancho del pulso y se registro el cambio de amplitud generado en la señal reconstruida Figura 6.

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Figura5.

Figura6.

Q4 ¿Cómo cambia la señal reconstruida al variar SW3=1?

R 4-5 Disminuye la amplitud, ya que el impulso PAM es más estrecho y tiene menor potencia.

Q5 A través del análisis de las formas de onda se observa que:

R 3-2 las muestras siguen la marcha de la señal analógica sinusoidal y en promedio hay menos de dos muestras por periodo, lo cual no satisface la condición requerida para la correcta reconstrucción de la señal.

Q6 Analizar en TP21 la forma de onda de la señal reconstruida. Se observa que:

R 4-1 la señal reconstruida tiene una frecuencia diferente que la de la señal de origen, lo cual es causado por el submuestreo de la señal de origen; el filtro de reconstrucción extrae la componente 3KHz.

Lección 988: Modulación por impulsos en amplitud PAM (parte II).

En esta sección se continúo usando la modulación PAM con muestreo plano. Se conecto la salida del transmisor al “simulador de medio de transmisión” este ultimo se conecto al receptor.

A continuación se muestra los impulsos que se presentaban en la entrada del receptor (TP14) y su posterior amplificación (TP15)

Figura7.

Q1 ¿Cuánto vale la ganancia del amplificador de recepción?

R 3-2 Aproximadamente 4.

Posteriormente se analizo la señal en la salida del regenerador de reloj (TP17)

Figura8.

Es evidente que de la señal de entrada se extrae una señal de reloj con una frecuencia bien definida.

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Q2 Si el PLL está enganchado, ¿Cuál es la forma de onda que se obtiene en TP17?

R 4-1 Onda cuadrada igual a la frecuencia de los impulsos PAM presentes en la entrada del receptor (8KHz)Posteriormente se visualizo en el osciloscopio los impulsos de entrada al receptor (TP15) y los impulsos generados salientes por del circuito Phase Adjust (TP18). Se situaron los impulsos en el punto en el que los impulsos PAM tenían su máxima amplitud:

Figura9.

Se aplicó una señal de entrada al modulador PAM de 1KHz-2Vpp. Se observo que pasaba en la entrada el receptor (TP15) y en la salida del demodulador (TP20)Como se muestra en la figura10.

Figura10.

Q3 ¿Cuál es el efecto sobre la señal detectada en TP20?

R 1-4 Varia la amplitud de la señal demodulada en la salida del demodulador; se tiene la máxima amplitud cuando los impulsos de muestreo se encuentran exactamente en el centro de los impulsos PAM.

Lección 989: Modulador PWM/PPM.

Según la teoría referente a estos tipos de modulación, se logra obtener los siguientes resultados:

Q1 ¿Qué puede afirmarse de la señal PWM?

R 5-2 Consta de una sucesión de impulsos cuyo ancho sigue la forma de onda de la señal analógica de entrada; los impulsos se obtienen a través del muestreo de la señal de entrada; los intervalos de muestreo están determinados por la señal T1 (Test Point 5); cuando la señal analógica de entrada es nula la señal PWM es una onda cuadrada.

Q2 ¿Cuál es el valor de la amplitud A y del periodo P de la señal de detectada en TP8?

R 2-1 A≈ 6 V pico a pico; P = 125 µs (Frecuencia de muestreo). figura11.

Figura11.

Q3 ¿Qué puede afirmarse de la señal PPM?

R 4-3 Consta de una sucesión de impulsos cuya posición sigue la forma de la onda de la señal analógica de la entrada; Se tiene impulso por cada intervalo de muestreo (125 µs); los intervalos de muestreo están determinados por la señal T1 (TP5).

Q4 Si la señal modulada resulta ausente en los impulsos de salida (TP10), ¿Cuál sería su causa?

R 1-5 Falta la señal rampa (TP8).

Lección 990: Receptor PPM/PWM

Q1 Observando el diagrama del demodulador puede afirmarse que:

R 4-1 La demodulación PWM se realiza con un filtro de paso baja; en efecto, el ancho medio de los impulsos PWM es

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proporcional a la amplitud de la señal analógica moduladora; el filtro extrae esta componente y proporciona una señal correspondiente a la señal moduladora de partida.

Q2 En TP21 falta la señal recibida. ¿Cuál es la causa?

R 6-1 El filtro de recepción no funciona bien.

Ahora analizamos las siguientes señales correspondientes a la demodulación PPM:

TP5: impulsos de muestreo utilizados por el modulador, constituyen la referencia (o portadora) para la señal PPM.

Figura12.

TP10: señal PPM; en ausencia de modulación es una señal de impulsos estable.

Figura13.

TP17: onda cuadrada regenerada por el PLL de recepción, síncrona con la portadora.

Figura14.TP19: impulsos de sincronización en la salida del circuito de retraso (Phase Adj); serán utilizados como impulsos de referencia en el demodulador, para convertir la señal PPM en señal PWM.

Figura15.

Q3 ¿Cómo son los impulsos observados en TP19?

R 3-2 tienen una frecuencia igual a la de la portadora PPM detectada en TP5; se desplazan en la posición variando el potenciómetro Phase Adj.

Q4 ¿Cómo debe regularse el potenciómetro Phase Adj. Para obtener una conversión PPM/PWM correcta?

R 1-4 con señal PPM sin modulación, en TP20 debe obtenerse una onda cuadrada (señal PWM sin modulación).

Lección 991: Multiplexación por División en el Tiempo (TDM).

Por medio de los conceptos principales de modulación PAM, se ingenia la forma de cómo enviar dos señales simultáneamente en un espacio de tiempo determinado, a esto

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se le llama Multiplexación por división de tiempo para un sistema de comunicaciones.

Figura16.Se puede observar de la figura16 que existen dos impulsos iguales, uno desfasado del otro, donde el primero es el muestreo del canal 1, y el segundo corresponde al muestreo del canal 2.

Q1 En base a lo observado, ¿Qué puede afirmarse?

R 2-3 La trama TDM está dividida en tres intervalos de tiempo (time slot); en el primer intervalo se insertan los impulsos de sincronismo de la trama (Negativos), en el segundo intervalo se insertan los impulsos PAM del canal 1 y en el tercer intervalo se insertan los impulsos PAM del canal 2. El time slot tiene una duración de 41.6 µs. La frecuencia de los impulsos PAM/TDM es de 8 KHz. Ver figura 18.

Figura17.

En la figura1 se puede notar que el impulso de muestreo del canal 1, corresponde al mostrado en el TDM.

Figura1.

En la anterior figura se está modulando en PAM cada canal y se sigue multiplexando, el único pulso de esta señal anterior que no se modula es el de la trama (Negativa), a este se le puede llamar frame sync.

Q2 ¿Qué relación existe entre los impulsos de muestreo detectados en TP18 y los detectados en TP19?

R 2-4 Ambos tienen una frecuencia de 24 KHz; los impulsos en TP18 muestrean las señales PAM del canal 1, mientras que los impulsos en TP19 muestren las señales PAM del canal 2. Ver figura19 y figura20.

Figura19.

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Figura20.

Q3 Variar Phase Adjust y observar cómo la amplitud de la señal escalón proporcionada por los demoduladores varía, ¿Por qué?

R 4-3 Porque las señales PAM recibidas no se muestrean en correspondencia con su valor máximo. Ver Figura20 y Figura21.

A partir de un buen muestreo de cada señal en el receptor, entonces se logra tener la siguiente señal escalón internamente en el demodulador, ver Figura 21 correspondiente a la retención del canal 2.

Figura21.

Q4 Las señales recibidas (TP21/TP23) están muy distorsionadas, ¿Cuál es la causa?

R 4-2 Los filtros recepción no funcionan correctamente. En la figura23 se puede apreciar un leve ruido, esto principalmente puede ser generado desde el canal de comunicaciones.

Figura23.

Q5 Si en TP21 faltaría la señal recibida, ¿Cuál es podría ser la causa?

R 1-6 Faltaría la señal de muestreo (TP18) para el canal 1.

Lección 992: Introducción al PCM.MODULACIÓN POR IMPULSOS CODIFICADOS (PCM)

Q1 El PCM se realiza a través de tres fases ¿Cuáles son?

R 3-1 Muestreo, cuantificación y codificación.

Q2 La cuantificación consiste en:

R 4-2 Asignación de los valores discretos a los valores continuos de las muestras.

Q3 Una señal f(t) de amplitud 1 vpp se cuantifica en 128 niveles ¿Cuál es la diferencia de tensión entre 2 niveles cuánticos sucesivos?

R 3-2 7,8 mV

Q4 La diferencia entre valor muestreado y valor cuantificado se conoce como:

R 2-5 Error de muestreo.

Q5 El ruido de cuantificación depende de:

R 4-3 Del número de niveles cuánticos.

Q6 La codificación consisten en:

R 2-3 Asignación de una serie de bit a cada valor cuantificado.

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Q7 Si los niveles de cuantificación son 256 ¿Cuántos bit se necesitan para describir todos los niveles en forma binaria?

R 4-1 8 bit.

Q8 ¿para que se utiliza la codificación PCM no lineal?

R 2-3 Para obtener una relación señal/ruido de cuantificación constante en toda la dinámica de la señal analógica.

Q9 ¿que se define con la ley a y la ley u?

R 4-3 Dos estándares de codificación PCM no lineal: americano ley u y europeo ley A.

Q10 ¿para que se utiliza la codificación PCM diferencial?

R 4-1 Para reducir el numero de bit por muestra.

Q11 ¿Qué es el CODEC?

R 2-3 Un circuito integrado que cumple todas las funciones de codificación de la señal analógica en señal PCM y viceversa.

Q12 ¿sean conocidos los siguientes datos, correspondientes a un canal PCM:

B=4kHz Banda de la señal analógicaP=125 us periodo de muestreoQ=256 niveles cuánticos

¿Cuánto vale la frecuencia de cifra(signalin rate) del flujo PCM serie?

R 1-4 4kHz Lección 993: PCM Lineal.

Q1 ¿Cuál es la duración t de la trama?¿cual es la duración t del bit(intervalo del bit)?¿cuantos bit están comprendidos dentro de dos sincronismos de trama sucesivos?

R 4-1 Aproximadamente 125 us

Q2 ¿Cuál es la velocidad(signaling rate) de la señal PCM analizada en TP37?

R 4-1 T= 15.625 us, TBIT=125 us, 8 bits.

Aplicar 1kHz-1 Vpp a la entrada analógica del modulador (conectar TP24 a Tp30 y regular el nivel de la señal en 1 Vpp)Sincronizar el osciloscopio en la señal analógica de entrada (TP30) y analizar:

Tp33: impulsos para el muestreo de la señal analógica.

Figura24.

TP34: Señal de escalón proporcionada por Sample&Hold

Figura25.

Para analizar el diagrama de ojo, sincronizamos el osciloscopio en el sincronismo de bit (TP36), poner la base de tiempo 5us/div y analizar la forma de onda en TP40. Se obtiene el diagrama de ojo. De este podemos notar en las siguientes imágenes que al variar el potenciómetro Noise. Se presenta el cierre gradual del ojo. En la Figura30 se observa el cierre total del ojo influenciado por la gran cantidad de ruido introducida en la señal.

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Figura26.

Figura27.

Figura28.

Figura29.

Figura30.

Q4 ¿Cuál es el efecto del potenciómetro PHASE ADJUST?

R 3-4 Variar el instante de muestreo de los impulsos PCM recibidos; el muestreo es correcto cuando se lleva a cabo en el centro del impulso PCM. En estas condiciones las salidas del muestreador es máxima.

5. CONCLUSIONES

El TDM permite la utilización conjunta de un canal de comunicaciones común por un conjunto de fuentes independientes de información sin interferencia mutua.

El sistema TDM es inmune a no linealidades en la amplitud del canal de comunicaciones como fuente de diafonía (proceso por el cual se mezclan o interfieren señales procedentes de fuentes o canales diferentes) debido a que las diferentes señales no están presentes en el canal de forma simultánea.

Al finalizar este informe se observo que los valores de la modulación PAM eran exactamente proporcional a los valores

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de la señal de información, además el muestreo siempre se debe hacer al doble o un poco más de lo recomendado Utilizando el teorema de Nyquist.

Cabe destacar la estricta sincronía necesaria en el transmisor y el receptor; es decir, existe un sistema paralelo de sincronización, casi siempre más complicado que la cadena que lleva la información. Esto se resuelve con alguna de las técnicas de sincronización lo que crea cierta desventaja usando circuitos especiales y costosos.

La señal PWM tiene una ventaja a comparación de todas las señales moduladas, este describe la forma de la onda moduladora por medio de anchos de pulso, esto permite no variar su amplitud con el fin de evitar un problema común visto en todos los circuitos la saturación de la señal.

En muchos casos la naturaleza de la señal no permite que esta sea transmitida por un sistema de comunicaciones. La modulación mezcla dos señales para producir otra con características que permitan su transmisión además de la información de la señal a transmitir.

La frecuencia de muestreo debe ser por lo menos dos veces el ancho de banda de la señal muestreada. Esto asegura que no se traslapen los anchos de banda adyacentes a cada componente frecuencial de la señal muestreadora.

6. BIBLIOGRAFIA

[1] Modulación Por Impulsos. Tarjeta UTT3. Tomo ½. Teoría Y Experimentaciones. Manual Profesor – Alumno. Ed. Educational Engineering.

[2] TÉCNICAS DE MODULACIÓN ANALÓGICA, HTTP://WWW.MITECNOLOGICO.COM/MAIN/TECNICASMODULACIONANALOGICA

[3] Fundamentos de Modulación, http://informatica.uv.es/iiguia/TSTD/presentatema2.pdf

[4] Textos Científicos, http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/pulsos-codificados

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