TEMAS IMPORTANTES DE INTRODUCCION A LAS TELECOMUNICACIONES
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Acordeón de temas de clase
telecomunicaciones
Protocolo de comunicación de telefonía digital
Jesús Alberto Mendoza Lara
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MODULACIÓN DE PULSOS
Modulación de Amplitud de pulsos (PAM)ModulaciónPWM)Modulación
de la Duración o Anchura de pulsos (PDM o
por Posición de pulsos (PPM)
(En rigor éstas no son modulación digital, la portadoraes una señal periódica de pulsos, en vez de
sinusoide,modulada por una señal continua o analógica)
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Muestreo
Es común a todos estos métodos de modulación elproceso de muestreoTeorema de Muestreo: Una señal continua, de energíafinita y limitada en banda, sin componentesespectrales por encima de una frecuencia fmax,queda descrita completamente especificando losvalores de la señal a intervalos de 1/2fmax segundos.
Frecuencia de Nyquist: fs<2fm
Muestreo ideal con tren de impulsos:
4
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Muestreo Ideal
5
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Muestreo Ideal
Filtro Antialiasin
g
“aliasing” otraslape
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Muestreo RealImpulsos ideales por pulsos reales:muestreo natural
de tipo sinc(x) o sen(x)/x.función7
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Modulación
de Amplitud
de pulsosPAM Natural
Se recuperatambién conLPF
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Modulación
de Amplitud de
Plano
pulsoPAM Techo
Señal discreta:disponible para
entre pulsos hay tiempointercalar otras
muestras.
A
S&H
<Tb=Ts
9
f
f(t)
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Modulación
de Amplitud
Plano
de pulsoPAM Techo
Para su espectro:
Efecto aperturaPuede ser despreciablesi <<Ts
En recepción:
10
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Modulación
por Duración
oy
AnchoPPMde Pulso
s(PWM o PDM)
Comparadorde nivel ygeneradorserrasoidal
Modifica elciclo detrabajo(Duty Cycle) 11
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Generación de Modulación deAncho de Pulso (PWM)
muestreador
Comparador+
f(t) PWM
mpaComparador
rencia
12
Voltaje de refe
Reloj
RaGenerador
+Vref.
Entradasdel
PWM
S/H
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Aplicación muestreoTDM es el proceso de transmitir por un mismocanal varias señales las cuales han sidomuestreadas sincrónicamente en el tiempo ysecuencialmente intercaladas.
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Aplicación muestreoEntre intervalos se pueden colocar lasmuestras correspondientes a otras señales.
TDM
t
También es eldigital
inicio de la conversión análogo
El PWM usado para control de motores.14
f1(t)
f2(t)
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MODULACIÓN DIGITAL DE PULSOS
ModulaciónADPCM DeltaM
de pulsos
Codificados (PCM)
N1N2N3N4N5
N2 N1 N2 N4 N5 N4
15
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PCMTambién : MIC, modulación numéricaProcesos:codificación.
muestreo, cuantización y
Definir rango dinámico … M=2n = nivelesCuantificación redondea el valor de laamplitud al número permisible más cercano.
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PCMCuantificación
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18
PCMCuantificación uniforme Mas niveles,
menor error(ruido odistorsión)
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PCMX (kTs) estará entre Ai-V/2 y Ai-V/2El valor medio cuadradocuantización (redondeo)
de este errores:
de
P = M V , el valor peak to
peak de la señalel valor r.m.s. del ruido
19
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PCMEl ruido de cuantización es:
Como M=2n
Mas bits mayor BW ! 20
M S/Nq [dB]2 174 238 2916 3532 4164 47
128 53256 59
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PCMProceso PCM
Cuantizador21
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PCMCuantificación No-uniforme
Para mejorar SNqR promedio, paratelefonía,lineal o no
se utiliza cuantización nouniforme.
mayor señal menor precisión
Pequeñaseñalmayorprecisión
Equivale a pasar la señal en banda base por unun
compresor y luego aplicar la señal comprimida acuantificador uniforme. 22
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PCMLey Ley A
1’
1
con = 255 (óptimo) con A = 87.6(óptimo)
UIT-T define una aproximación segmentada en Rec. G.711
28M = 256 niveles =Byte de 8 bits
23
Log NAT
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PCM
CaracterísticasCompresión
de
Mejora de CompresiónS/Nq=+6n=10log{3/[ln(+1)]2}
24
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PCM rec G.711UIT-T+
LSB- | #SEG || MUESTRA |
Valores normalizados de Vin:V7=4096; V6=2048; V5=1024; V4=512;V3=256; V2=128; V1=64 (Pin max=3.14[dBm] sobre 600;Entonces, 4096 unidades equivalen aun voltaje “peak” de 1572,5 [mV.],mientras que una unidad normalizadaequivale a 0,384 [mV.].
25
1 1 1 0 1 0 1 0
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DPCMVariantes de PCM: la modulación porcodificación diferencial de pulsos (DPCM),ADPCM, LPDPCM y la modulación delta(DM), y modulación sigma-delta (D-ΣM).Se pretende extraer la redundancia queexiste entre muestras sucesivas.La diferencia entre muestras sucesivas es menor que el valor absoluto de la muestra.
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DPCMDiagrama codificador
Error acumulativo
Los coeficientes opesos, se determinansegún correlación.
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Modulación DeltaHay sobre muestreo, o sea: fs>>2fmSe utiliza 1 bit para codificar
±.
diferencia +ó –: sólo dos niveles
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29
Modulación DeltaSeñal escalera de aproximación
“sobrecarga” o “saturación” de pendienteVpendiente mayor que: ×fsRuido granular
m(t)
mq(t)
e(n)=m(n) - mq(n-1)= + 29
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Modulación DeltaSe supera efecto de sobrecarga con:cumpliendosobrecarga
la condición para no tenerde pendiente:
óptimo??? Solución de compromiso entre ladistorsión por sobrecarga y el ruido granularpara la obtención del valor óptimo.
También alternativas: AdaptiveDM y CVSD30(continuously variable slope delta)
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Modulación Delta
Decodificador
Se reconstruye la escalera e integra la envolvente.
Sistema simple y eficiente.
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MODULACION DIGITAL
MODULACION DIGITAL CON PORTADORA MODULADA––––
1. Modulación Binaria de Amplitud (Amplitude-Shift Keying, ASK)2.3.4.
ModulaciónModulaciónModulación
BinariaBinariaBinaria
de Frecuencia (Frequency-Shift Keying, FSK)de Fase (Phase-Shift Keying, PSK)Diferencial de Fase (Differential PSK, DPSK)
MODULACION DIGITAL M-aria––––
QPSKQAM TCM OFDM
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MODULACION DIGITAL
Corresponde ahorauna
modular unade
Tx,un
portadora con señal binariadatos, para adaptarse al medio de
atal como un canal telefónico,radioenlace o a una fibra óptica.
MODEMComo antes, se modulará en amplitud,frecuencia o fase.
33
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MODULACION DIGITAL
Modelo del sistema
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MODULACION DIGITAL
Modulación binaria
35
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MODULACION DIGITALDemodulación coherente y no coherente
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MODULACION DIGITALDemodulación ASK coherente y no coherente
¿cuál utilizar? Comparar su desempeño37
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MODULACION DIGITAL
El principalerror. Para
índiceASK:
es la probabilidad deVer Anexo:func.Q
No=ηBW = potencia de ruido
Como ej. para ambos métodos se evalúa con:BW =10M [Hz], rb=4,8x106
[bit/seg],A=1[mV ] y
η/2 =10−15 [watts/Hz], sePe [ASKc]=2x10-7
Pe[ASKnc]=10650x10-7
obtiene:[ASKnc] es simplicidad
atractivo porpero mala calidad.[ASKc] es de mejor calidad
pero más complejo. 38
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MODULACION ASK
Se conmuta entre dos valores
1m(t) =
0Acos(wct)
s(t) =0
39
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MODULACION ASK
Receptor coherente
Receptor no coherente
40
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41
MODULACION FSKLa frecuencia instantana de la portadora seconmuta entre 2 o mas niveles según datos BB.
FSK de fase continua (CPFSK) FSK de fase discontinua
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42
MODULACION FSKDemodulación FSK
Detectorenvolvente
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MODULACION FSKRelaciones espectrales
La frecuencia instantánea en un intervalo Tb será f1 = fc - fd ofo = fc + fd , donde fc= f de la portadora sin modular y fd ladesviación de frecuencia respecto a fc; f1 y fo son lasfrecuencias de transmisión de un “1” o un “0”, respectivamente.Ambas componentes “laterales” NO son simultáneas
43
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MODULACION FSKBW e interferenciaDefiniendo |fo − f1| = Δf = 2fd y k= fd/fb, entonces:Si kgran
<< 1, entonces los espectros se acercan y se produciría unainterferencia mutua entre las dos componentes “0” y “1”.
Si 1 ≤ k < 1/3, la separación entre los dos espectros aumenta y lainterferencia mutua entre ellos disminuye; el ancho de banda decada “lateral” se puede tomar como B = (fb + fd ).
Si k ≥1, los espectros estarán lo suficientemente separados, y lainterferencia mutua entre canales será mínima y el ancho de bandacada componente será B = 2fb.
44
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ara:
ebe cumplirse:
MODULACION FSK
Para reducir la interferencia intersímbolos,se define ortogonalidad entre señales en elintervaloP
Tb:
D
45
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MODULACION FSK
Esto establece que:donde m y n son enteros distintos de cero
y n > m.Como Δf= 2fd, entonces fd= m(fb/2); asimismo,
2f1+2fd=n/Tb = nfb, y como fc=f1+fd, entoncesfc= n fb/2.
Así:Un buen criterio de elección de frecuencias conseparación ortogonal
y46
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MODULACION FSK
Receptor coherente
Receptor no coherente
47
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MODULACION FSK
En la demodulación coherente esnecesario recuperar la portadora:
En la demodulación nocoherente essimple:
mas
48
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MODULACION PSK
Generación:U/B
Similar a ASK
Receptor:
49
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MODULACION PSK
Representación fasorial“1”
0
“0”
50
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MODULACION PSK
Proceso de demodulaciónSeñal Rx: Multiplicación
local:Det. Coherente:
Det. Sincrónica:LPF
LPFPhase Jitter
51
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MODULACION PSKReceptor coherente
Criterio de decisión
MultiplicaciónVCO - PLL
y BPF
52
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MODULACION DPSK
En presencia de jitter, la demodulaciónPSK sufre mucho deterioro, y como laestabilidad entre intervalos sucesivossiempre será mejor
plazo,que
se
las variacionesa largo elije
previo
unaal
delprecodificación diferencial,modulador PSK,
enasíla
la informacióndato está diferencia entreintervalos Tb sucesivos. Así permiterecepción nocoherente. 53
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MODULACION DPSK
Comparación PSK y DPSK
fc=fb por facilidad gráfica 54
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MODULACION DPSKGeneración DPSK
ak==
55
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MODULACION DPSKReceptor DPSK
Se denomina “detección por retardo” y no necesitasincronización de portadora pero
sí de temporización.= =
56
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MODULACIONProceso de detección
DPSK
Señal recibida:Señal retardada:
Salida detector:
Como , es suficiente verificar el signode vd(t), o sea, el dato.
La Pe indica que DPSK requiere 1 dB mas de potencia para igual resultado:
57
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Probabilidad de Error en Sistemas deModulación Binaria
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Probabilidad de Error en Sistemas deModulación Binaria
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Parade
mejorar la eficiencia del procesomodulación, se realiza una
modulaciónM’ria.
multinivel, o también llamada
Continúa en Cap 3-3
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Refs para profundizar
Digital and Analog Comm. Systems,Sam Shammugan
Sistemas de Comunicación, B.P.Lathi Digital Comm Systems, JCUniv. Modulación pulsos, UCantabria
Apuntes prof. R.Villarroel PUCV
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Investigar:1.- Calcular el BW de una señal PCM en comparación a la señal de banda base telefónica.2.- Realice gráficamente el proceso de modulación delta de una señal arbitraria, definiendo 15 niveles cuánticos y 12 instantes de muestreo.3.- Investigar que es MSK y GMSK y aplicación.4.- Demostrar que para una misma Pe, Tb y N hay una diferencia de 3dB de potencia mayor en ASK coherente c/r a PSK.5.- Calcular en detalle los ejms de lámina 38
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ANEXO
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