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Cuaderno de ejercicios del estudiante

91581-02 Edicin 2

Telecomunicaciones digitales 1

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SEGUNDA EDICIN

Segunda impresin, marzo de 2005

Copyright 2005 Lab-Volt Systems Inc.

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6. Registro. Lab-Volt puede de vez en cuando actualizar el CD-ROM. Las actualizaciones pueden estar disponibles para usted nicamente si la tarjeta de registro de propiedad firmada est archivada en Lab-Volt o donde un beneficiario autorizado de tarjeta de registro. 7. Varios. Este acuerdo est regido por las leyes del estado de New Jersey.

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Contenido

Unidad 1 Introduccin a comunicaciones digitales 1 ..............................................................1 Ejercicio 1 Conceptos de comunicacin digital .......................................................................9 Ejercicio 2 Familiarizacin con el tablero de circuitos..........................................................11

Unidad 2 Modulacin de amplitud de pulso (pam) ...............................................................15 Ejercicio 1 Generacin de la seal PAM ...............................................................................21 Ejercicio 2 Demodulacin de la seal PAM ..........................................................................23

Unidad 3 Multiplexacin PAM por division de tiempo.........................................................25 Ejercicio 1 Transmisin PAM-TDM .....................................................................................31 Ejercicio 2 Recepcin PAM-TDM.........................................................................................33

Unidad 4 Modulacin por tiempo de pulso (ptm)..................................................................37 Ejercicio 1 Generacin de seal PTM....................................................................................41 Ejercicio 2 Demodulacin de seal PTM...............................................................................45

Unidad 5 Modulacin por cdigo de pulso (pcm) ..................................................................49 Ejercicio 1 Generacin y demodulacin de PCM..................................................................53 Ejercicio 2 Multiplexacin por divisin de tiempo PCM ......................................................57

Unidad 6 Modulacin delta (dm).............................................................................................61 Ejercicio 1 Transmisor de DM...............................................................................................67 Ejercicio 2 Receptor de DM y Ruido.....................................................................................71

Unidad 7 Efectos del canal .......................................................................................................75 Ejercicio 1 Ancho de banda del canal ....................................................................................81 Ejercicio 2 Ruido del Canal ...................................................................................................83

Apndice A Seguridad ........................................................................................................... A-1

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Introduccin

Este cuaderno de ejercicios del estudiante brinda un esquema unidad por unidad del currculo de Circuitos de fallas asistidas para la enseanza tcnica de la electrnica FACET (de las siglas en ingls Fault Assisted Circuits for Electronics Training, FACET). La seccin del curso incluye la siguiente informacin y espacio para tomar notas a medida que usted avanza a lo largo del currculo. El objetivo de la unidad Fundamentos de la unidad Una lista de los nuevos trminos y palabras para la unidad El equipo requerido en la unidad Los objetivos del ejercicio La discusin del ejercicio Notas del ejercicio El Apndice incluye informacin acerca de la seguridad.

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Telecomunicaciones digitales 1 Unidad 1 Introduccin a comunicaciones digitales

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UNIDAD 1 INTRODUCCIN A COMUNICACIONES DIGITALES 1

OBJETIVO DE LA UNIDAD Al completar esta unidad, usted ser capaz de describir los principios bsicos de la modulacin de pulso, las comunicaciones digitales y los componentes del tablero de circuitos Telecomunicaciones Digitales 1 (DIGITAL COMMUNICATIONS 1).

FUNDAMENTOS DE LA UNIDAD Usted se encuentra en una explosin de la comunicacin e informacin! El rpido desarrollo de la tecnologa de la comunicacin digital es lo que sustenta esta explosiva transformacin. Casi a diario el periodismo impreso y electrnico menciona: discos compactos faxes correo electrnico entrenamiento interactivo con computadora la supercarretera de informacin digital redes telefnicas de fibra ptica redes digitales de servicios integrados (ISDN) TV multimedia interactiva realidad virtual Usted est tomando este curso interactivo de Telecomunicaciones Digitales 1, mediante comunicacin digital con el sistema de aprendizaje Laboratorio por Computadora FACET de Lab-Volt. Una de las formas ms antiguas de las comunicaciones digitales fue el envo de mensajes simples, mediante seales de humo. Las palabras eran codificadas en datos, representados por nubes de humo. El primer sistema de comunicaciones elctricas fue el telgrafo, el cual surgi en 1844. En 1876, fue patentado el primer telfono; actualmente, las llamadas de larga distancia son transmitidas digitalmente. La radio analgica fue presentada en1895 y sta domin la comunicacin inalmbrica por 50 aos. La televisin mediante circuitos analgicos apareci a fines de los 1920's, pero no adquiri popularidad con relacin a la comunicacin y el entretenimiento hasta los aos 1950's. La invencin del transistor en 1948 y el rpido desarrollo de los circuitos integrados desde los 1960's han preparado el camino para las computadoras digitales y los sistemas de comunicacin actuales.


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Las seales de comunicacin analgica

Las seales de comunicacin analgica, tales como la seal que recibe su receptor de radio de AM, son continuas y varan en amplitud, frecuencia o fase. Las seales digitales (DIGITAL SIGNAL) son pulsos discontinuos discretos que tienen uno de dos niveles de voltaje.

Las seales digitales

En este curso, usted aprender acerca de: la modulacin del pulso, que incluye la modulacin por amplitud de pulso (PAM) y la

modulacin por tiempo de pulso (PTM). la modulacin digital, que incluye la modulacin por cdigo de pulso (PCM) y la modulacin

delta (DM). la multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) de las seales PAM y PCM. el efecto del ruido en las seales de modulacin digital y de pulso. la localizacin de fallas en seales de comunicacin digital y de pulso.


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La modulacin del pulso produce los pulsos discontinuos que representan las muestras de la amplitud de la seal de mensaje analgica. La modulacin de pulso incluye: modulacin por amplitud de pulso (PAM) modulacin del ancho de pulso (PWM) modulacin de la posicin de pulso (PPM) Las PWM y PPM son del tipo de modulacin por tiempo de pulso (PTM).

En la modulacin del pulso, la seal de mensaje es la seal de modulacin (modulating signal); y la seal de muestra es la seal portadora (carrier signal). La seal de mensaje modula la seal de muestra para producir la seal de pulso modulado (PAM, PWM o PPM). Aunque las seales del pulso modulado (PULSE MODULATED SIGNAL) son discontinuas, estos pulsos no son seales digitales verdaderas. PAM, PWM y PPM son respectivamente, los pulsos equivalentes de AM, FM y PM de las seales portadoras analgicas. Para comprender las comunicaciones digitales, se debe entender el muestreo y la modulacin de pulso. Para que las seales de pulso modulado contengan toda la informacin (intelligence) en la seal de mensaje analgica, la frecuencia de muestra (fs) debe ser mayor a dos veces la frecuencia mxima (fm) de la seal de mensaje.


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La modulacin por cdigo de pulso (PCM) es un proceso que produce un cdigo binario, generalmente de 8 bits, para cada muestra de amplitud. Las seales PCM son seales PAM codificadas en binario. La modulacin Delta (DM) es un proceso que produce un cdigo de 1 bit, lo cual indica un aumento o una disminucin en la amplitud de la seal de mensaje.

En PAM, el espacio de tiempo en blanco entre los pulsos de amplitud PAM transmitidos es uniforme, ya que la frecuencia de muestreo es constante. Las seales PAM de otras seales de mensaje puede ser insertadas en dicho espacio de tiempo en blanco para la transmisin de las seales multiplexadas.


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Dos seales de mensaje multiplexadas por divisin de tiempo (TDM) aparecen como se muestra en la imagen superior.

Las seales de pulso modulado, como PAM, PWM y PPM, no son transmitidas directamente,

pero la mayora de las veces son usadas para modular frecuencia de una portadora analgica. Sin embargo, las seales PCM o DM, las cuales son cdigos digitales verdaderos, pueden ser

transmitidas mediante mtodos de computadora digital.

En un receptor, un filtro paso bajo (LOW-PASS FILTER) reconstruye (demodula) las seales PAM, PWM y PPM dentro de una seal de mensaje recuperada. Las seales PCM y DM son primero codificadas y parcialmente reconstruidas, antes de que un filtro paso bajo recupere la seal de mensaje. Localice y examine los siete bloques de circuitos en su tablero Telecomunicaciones Digitales 1. PAM PTM PCM PAM-TDM DELTA SIMULADOR DE CANALES (CHANNEL SIMULATOR) AMPLIFICADOR DE ALTAVOZ (SPEAKER AMP)


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En el Ejercicio 2 se proporciona una explicacin de cada bloque de circuitos, en Familiarizacin con el tablero de circuitos. El curso Telecomunicaciones Digitales 1 del Laboratorio por Computadora FACET, lo preparar para obtener provecho de esta era de informacin transmitida digitalmente.

NUEVOS TRMINOS Y PALABRAS Inteligencia (intelligence) - es la informacin contenida en una seal de mensaje. intervalos de tiempo - son perodos de tiempo dentro de una trama (frame) que son iguales al perodo de las muestras. modulacin por amplitud de pulso (PAM) - es un mtodo de modulacin en el cual la amplitud de cada muestra de pulso es proporcional a la amplitud de la seal de mensaje en el momento de muestreo. modulacin por tiempo de pulso (PTM) - es un tipo de modulacin de pulso donde la sincronizacin del pulso vara con la amplitud de la seal de mensaje. modulacin por cdigo de pulso (PCM) - es un proceso de modulacin que produce cdigos en serie binaria para muestras de amplitud de la seal de mensaje analgica. modulacin delta (DM) - es un proceso de modulacin que produce cdigos de 1 bit que indican un aumento o disminucin en la amplitud de la seal de mensaje. multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) - es un proceso que transmite dos o ms seales de mensaje sobre la misma lnea, pero empleando un intervalo de tiempo diferente (slot) para cada seal. modulacin del ancho de pulso (PWM) - es un tipo de PTM donde el ancho de pulso vara con la amplitud de la seal de mensaje. modulacin de la posicin de pulso (PPM) - es un tipo de PTM donde la posicin de pulso vara con la amplitud de la seal de mensaje. muestras de amplitud - son pulsos peridicos cuyas amplitudes son directamente proporcionales a una seal de mensaje. ruido - es una seal indeseable que interfiere con una seal de comunicacin. seal de mensaje analgica - es una seal analgica que contiene informacin (inteligencia). seal de modulacin - es una seal que vara algunas caractersticas (amplitud, frecuencia o fase) de una seal portadora; en la modulacin por pulso, la seal de modulacin es la seal de mensaje. seales multiplexadas - son seales de fuentes diferentes combinadas en un solo canal de transmisin de tal manera que se permita la recuperacin independiente de cada seal en un receptor. seal portadora - es una seal de transmisin de frecuencia que es modulada por una seal de mensaje; en la modulacin de pulso, la seal portadora es la seal de muestra. trama (frame)- tambin conocido como cuadro, es un perodo de tiempo igual al perodo de muestreo que est dividido en perodos iguales ms pequeos llamados "slots" de tiempo o intervalos. transmisin bidireccional (Full-duplex transmission) - es la transmisin que puede producirse simultneamente en ambas direcciones entre quienes se estn comunicando.


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EQUIPO REQUERIDO Unidad base de FACET Tablero TELECOMUNICACIONES DIGITALES 1 Osciloscopio de doble trazo

NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 1 Conceptos de comunicacin digital

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio ser capaz de describir los principios bsicos de la modulacin de pulso y de las comunicaciones digitales. Reconocer las seales moduladas por pulso y digitalizadas. Emplear un osciloscopio para observar las seales y realizar las mediciones.

DISCUSIN DEL EJERCICIO Para comunicaciones electrnicas efectivas, las seales (de voz, msica o datos) analgicas

continuas completas no tienen que ser transmitidas. La comunicacin efectiva puede ocurrir slo cuando transmite muestras de amplitud

peridicas de la seal analgica, siempre que las muestras sean tomadas en una frecuencia lo suficientemente alta.

Para que las muestras de la amplitud de la seal de mensaje contengan toda la informacin (inteligencia) en la seal original, las muestras deben tomarse a una frecuencia mayor que el doble de la mxima frecuencia de mensaje analgica.

Usualmente, las frecuencias de muestreo estn en el rango de los 8 kHz a los 32 kHz. Las muestras de la seal analgica son pulsos; cada pulso representa la amplitud de la seal

de mensaje. En PAM, PWM y PPM, se transmiten las seales electrnicas que representan la altura,

ancho y posicin de pulso. En PCM y DM, se transmiten los cdigos digitales binarios que representan la amplitud de la

seal de mensaje. Las seales PCM son, generalmente cdigos de 8 hits. Las seales DM son cdigos cd 1 bit. La multiplexin por divisin de tiempo (TDM) combina varios canales de las seales PAM o

PCM para la transmisin, En TDM, el tiempo (periodo) entre las muestras de las seales de mensaje individual es una

trama o cuadro (frame). Los intervalos de tiempo (time slots) son periodos ms pequeos de tiempo, dentro de la

trama, donde cada seal se encuentra posicionada. Cada seal PAM o PCM que representa una muestra de seal de mensaje distinta es asignada

a su propio intervalo de tiempo, dentro de una trama.


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Una trama de intervalos de tiempo se repite en la frecuencia de muestreo. La transmisin bidireccional (full-duplex transmission) es la transmisin en ambas

direcciones al mismo tiempo. TDM permite la transmisin bidireccional de las seales PCM. Las comunicaciones telefnicas son un ejemplo de la transmisin bidireccional (full-duplex),

que emplea TDM para las transmisiones de larga distancia. El FILTRO en la seccin receptora del bloque de circuitos PAM tambin se emplea para

recuperar la seal de mensaje desde las seales PWM o PPM, generadas en el bloque de circuitos PTM.

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Ejercicio 2 Familiarizacin con el tablero de circuitos

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio ser capaz de describir los circuitos de comunicacin digital. Localizar circuitos dentro del tablero TELECOMUNICACIONES DIGITALES 1. Conectar circuitos y emplear un osciloscopio para observar las seales.

DISCUSIN DEL EJERCICIO Los siete bloques de circuitos que conforman el tablero de circuitos

TELECOMUNICACIONES DIGITALES 1 son: -PAM -PTM -SIMULADOR DE CANALES

-AMP DE VOZ -PCM -PAM-TDM - DELTA

Los bloques de circuitos PAM, PTM, PCM, PAM-PTM y DELTA contienen transmisores y receptores.

El transmisor (Transmitter)es la seccin del circuito que produce el pulso modulado o la seal digital.

El receptor (Receiver) es la seccin del circuito que recupera o reconstruye la seal de mensaje del pulso modulado transmitido o la seal digital transmitida.

El FILTRO en el bloque de circuitos PAM tambin es utilizado para recuperar la seal de mensaje de las seales PTM.

Los siguientes circuitos estn localizados en los transmisores y receptores de comunicacin digital:

-muestreador -limitador -muestreo/retencin -filtro -comparador -CODEC

-diferenciador -PLL -sumador -simulador de canal -generador de contacto -compresor -muestreador digital -expansor -contador -amplificador de voz

Hay una seccin Ayuda para Comunicaciones Digitales en los Recursos, la cual contiene una seleccin de Esquemticos.

Para ver un esquemtico simplificado y la descripcin del circuito, haga clic en Recursos, luego en Ayuda para Comunicaciones Digitales y seleccione Esquemticos. Haga clic sobre el circuito que usted desea ver.

Este recurso est disponible desde cualquier pantalla en el curso.


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En el tablero de circuitos existen dos seales de mensaje generadas internamente: M1 y M2. M1 es una onda senoidal de 5 Vpk-pk y 1 kHz. M2 es una onda senoidal de 5 Vpk-pk y 2 kHz. En cada bloque de circuitos, las seales de mensaje M1 y M2 estn sincronizadas con las

seales de muestra para que pueda observar fcilmente las relaciones del mensaje, de muestra y las seales de pulso con un osciloscopio.

En el bloque de circuitos PAM-TDM, M1 y S1 estn sincronizadas, y M2 y S2 estn sincronizadas.

Tambin emplear un generador de seal para proporcionar una seal de mensaje de onda senoidal que no est sincronizada con la seal de muestra.

Utilizar el generador de seal para producir la seal de mensaje que permita determinar el efecto de la relacin de las frecuencias de muestreo y de mensaje sobre la seal de mensaje recuperada.

Las frecuencias de las seales de muestreo (SP, SH, S1, S2, H1, H2, SX, SR y CLK) en el tablero de circuitos pueden ser cambiadas mediante los interruptores de modificacin de circuito (MC).

Para cada tipo de proceso de modulacin, ser capaz de observar el efecto de la frecuencia de muestreo en el mensaje recuperado.

Los interruptores MC tambin le permiten ver el efecto de cambiar los valores de los componentes del circuito en la modulacin y demodulacin del pulso.

El tablero de circuitos contiene 12 interruptores de falla. Cuando se activan, un interruptor de falla introduce una falla en uno de los circuitos. La falla puede ser un circuito abierto, en cortocircuito, o un cambio en el valor del

componente del circuito. En el Ejercicio 2 de la unidad, acerca de Localizacin de fallas en los circuitos de

Telecomunicaciones Digitales 1, buscar en cada circuito de modulacin por pulso para localizar y solucionar el problema causado por la activacin de un interruptor de falla.


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Telecomunicaciones digitales 1 Unidad 2 Modulacin de amplitud de pulso (PAM)

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UNIDAD 2 MODULACIN DE AMPLITUD DE PULSO (PAM)

OBJETIVO DE LA UNIDAD Al completar esta unidad, usted ser capaz de generar una seal de modulacin de amplitud de pulso (PAM) y demodular la seal PAM, utilizando el bloque de circuitos PAM en el tablero de circuitos Telecomunicaciones Digitales 1.

FUNDAMENTOS DE LA UNIDAD

Una seal de mensaje analgica, representando voz, por ejemplo, tiene valores de amplitud (AMPLITUDE) y frecuencia continuos que varan con el tiempo (TIME). Los sistemas de comunicaciones analgicas transmiten formas de onda analgicas completas.

En vez de la transmisin de la forma de onda analgica, es posible transmitir pulsos que representan la forma de onda de la seal de mensaje (MESSAGE SIGNAL). Las muestras de la seal de mensaje analgica pueden ser tomadas en intervalos de tiempo regulares.


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En la modulacin de amplitud de pulso (PAM) la amplitud de cada muestra de pulso es proporcional a la amplitud de la seal de mensaje en el momento de muestreo.

La seal PAM (PAM SIGNAL), ms que la seal de mensaje analgica, es transmitida a un receptor. El receptor PAM (PAM RECEIVER) demodula (reconstruye o recupera) la seal PAM en la seal de mensaje (MESSAGE SIGNAL) analgica original. Dos ventajas de la transmisin de seales PAM por encima de las seales analgicas completas son: Si la duracin del pulso PAM es pequea, la energa requerida para transmitir los pulsos es

mucho menor que la energa requerida para transmitir la seal analgica. El intervalo de tiempo entre los pulsos PAM debe ser llenado con muestras de otros

mensajes, lo cual permite que varios mensajes se puedan transmitir simultneamente en un canal: esta tcnica es llamada multiplexacin por divisin de tiempo (TDM).

Para demodular la seal PAM en la seal de mensaje original, la seal PAM debe estar formada por una frecuencia de pulso de muestra (fs) mayor que dos veces la frecuencia de seal de mensaje mxima (fm). 2 veces fm es la frecuencia de Nyquist. Frecuencia de Nyquist = 2 x fm


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La frecuencia Nyquist es la tasa mnima de muestreo terico para formar una seal de pulso modulado (PAM, PWM, PPM, PCM, etc.), que representa a una seal analgica. Sin embargo, para reconstruir una seal de mensaje que represente la seal original de una seal PAM, fs debe ser mayor que la frecuencia Nyquist. fs > 2 x fm

Para entender porqu la frecuencia de pulso (fs) debe ser mayor a 2 veces la frecuencia de mensaje mxima (fm), usted debe familiarizarse con las caractersticas de pulso siguientes: Dominio temporal. Puede observar estas caractersticas de dominio de tiempo de un pulso, con un osciloscopio: Amplitud, perodo, ancho

Dominio de frecuencia El dominio de frecuencia de una seal de pulso es mostrado. El dominio de frecuencia muestra los niveles de potencia de los componentes de frecuencia en una seal; se puede utilizar un analizador de espectro para observar un dominio de frecuencia de seal. En adicin a que la frecuencia fundamental del pulso (fs) est presente, las frecuencias armnicas estn tambin presentes. Los niveles de potencia armnicos alcanzan un nivel mnimo en intervalos regulares que dependen del ancho y perodo del pulso.


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El espectro de frecuencia de una seal PAM es mostrado. La frecuencia de la seal de mensaje (fm) est presente en adicin a un nmero de rplicas; slo se muestran tres. Las frecuencias de rplica estn espaciadas cerca de las frecuencias fundamentales (fs) y las frecuencias armnicas del pulso de muestra por un rango positivo y negativo igual a fm. En una seal PAM, fs y las frecuencias armnicas (2 fs y 3 fs) pueden tener niveles de potencia cero.

Si la primera rplica es removida durante la demodulacin, todas las otras rplicas son tambin removidas. Los espectros de frecuencia en las pantallas siguientes mostrarn slo fm y las frecuencias de la primera rplica, fs fm y fs + fm. La separacin o espacio de proteccin, entre fs fm, en la primera rplica y fm, es el punto principal en la demodulacin de la seal PAM.

Un filtro paso bajo (LOW PASS FILTER) reconstruye la seal de mensaje, retirando todas las frecuencias en la seal PAM, excepto la frecuencia de la seal de mensaje.


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El filtro paso bajo debe tener una curva de respuesta de frecuencia lo suficientemente definida para pasar la frecuencia de la seal de mensaje mxima (fm) y remover la frecuencia de banda lateral ms baja (fs fm) de la primera rplica. Suponga que una seal PAM est formada a partir de una seal de mensaje con una frecuencia mxima (fm) de 3 kHz y una seal de muestra (fs) de 8 kHz.

NUEVOS TRMINOS Y PALABRAS aliasing (distorsin de la seal) - es una condicin de una seal PAM, donde la frecuencia de banda lateral ms baja (fs fm) es menor que la frecuencia de la seal de mensaje mxima (fm); aliasing es llamada tambin distorsin por superposicin (fold over). analizador de espectro - es un instrumento que muestra la distribucin de potencia relativa de una seal como una funcin de la frecuencia. circuito muestreo/retencin - es un circuito que retiene la amplitud de cada pulso de salida a un nivel constante entre los tiempos de muestreo de entrada. circuito muestreador - es un circuito en el cual la salida es una serie de valores discretos (pulsos), representando el valor de la entrada en los puntos de muestreo en el tiempo. curva de respuesta de frecuencia - es una representacin grfica de una respuesta de circuito para diferentes frecuencias dentro de su rango de operacin. dominio de frecuencia - es la amplitud de los componentes de frecuencia de una seal como una funcin de la frecuencia. dominio temporal - es la amplitud de una seal como funcin del tiempo. frecuencia de Nyquist (Nyquist rate) - es la tasa de muestreo terico mnimo, para formar una seal de pulso modulado (PAM, PWM, PPM, PCM, etc.) que representa una seal analgica. La frecuencia Nyquist es igual a dos veces la frecuencia de la seal de mensaje mxima. fraccin del ciclo de rendimiento (PW/T) - es la tasa de la duracin del pulso (PW) con relacin al perodo (T). frecuencias armnicas - es un componente de frecuencia de una forma de onda peridica o seal de pulso; la frecuencia de cada armnica es un mltiplo de la frecuencia fundamental. frecuencia de corte - es la frecuencia en la cual la amplitud de salida de un circuito (filtro) es atenuada por 3dB (0.707 de la entrada). frecuencia fundamental - es el componente de frecuencia principal de una forma de onda o seal de pulso; es la frecuencia con la amplitud ms grande. modulacin de amplitud de pulso (PAM) - es un mtodo de modulacin en el cual la amplitud de cada muestra de pulso es proporcional a la amplitud de la seal de mensaje en el momento de muestreo. multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) - es un mtodo de transmisin de muchas seales de mensaje digitales sobre la misma lnea, asignando perodos de tiempo que estn sincronizados en los terminales de transmisin y recepcin. rplicas - son las frecuencias que estn espaciadas alrededor de las frecuencias fundamental (fs) y armnica del pulso de muestra por un rango positivo y negativo igual a la mxima frecuencia de la seal de mensaje. seales PAM de escalera - son las seales que son salida de un circuito muestreo/retencin; la amplitud de cada pulso de salida permanece en un nivel constante entre los tiempos de muestreo de entrada.


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seales PAM "flat-top" - es un tipo de muestreo en el cual la amplitud de cada pulso permanece constante durante el tiempo de muestreo. seales PAM naturales - es un tipo de muestreo, en el cual la amplitud de cada pulso sigue la amplitud de la seal de mensaje en el momento de muestreo.

EQUIPO REQUERIDO Unidad base de FACET Tablero TELECOMUNICACIONES DIGITALES 1 Osciloscopio de doble trazol Generador de onda senoidal

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Ejercicio 1 Generacin de la seal PAM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio, ser capaz de describir los procesos y circuitos para la generacin de las seales PAM. Describir las caractersticas de las seales PAM. Demostrar el efecto de las tasas de muestreo de pulso en las seales PAM. Calcular la potencia de la seal PAM. Emplear un osciloscopio para realizar las observaciones y mediciones.

DISCUSIN DEL EJERCICIO En la modulacin de amplitud de pulso (PAM), una seal de pulso peridicamente muestrea

una seal de mensaje analgica. El resultado es un tren de pulsos de ancho constante con amplitudes proporcionales a la

amplitud de la seal de mensaje, en el momento de muestreo. La seal de pulso de muestra origina un circuito muestreador o interruptor electrnico para

abrir y cerrar. Cuando la parte superior de los pulsos PAM siguen la curvatura de la seal de mensaje, el

proceso es un muestreo natural. Cuando un muestreador cierra, se produce una muestra PAM natural.

Para producir seales PAM "flat-top" (copa plana), un circuito de muestreo/retencin retiene la amplitud de cada pulso a un nivel constante.

Las seales PAM de escalera son salida del circuito muestreo/retencin, y el circuito muestreador las convierte en seales PAM "flat-top".

La frecuencia del pulso de muestra (fs) debe ser mayor que la frecuencia Nyquist para producir una seal PAM que claramente represente la seal de mensaje. Cuando fm es 3.5 kHz, fs debe ser 8 kHz para producir una seal PAM que represente claramente a la seal de mensaje.

Si los pulsos PAM son estrechos, la seal requiere poca potencia para transmisin. La potencia contenida en una seal PAM que representa una onda senoidal de 2 kHz est cerca del 15 por ciento de la potencia de la onda senoidal.

La potencia (Ps) que una seal de onda senoidal produce, es igual a su voltaje rms [Vrms (s)] al cuadrado, dividido entre la impedancia (Z) donde: Vrms (s) = 0.707 x Vpeak(s)

El voltaje Vrms (p) de una seal de pulso es el voltaje de pulso (Vp) multiplicado por la raz cuadrada de la relacin del ancho del pulso (PW) de la seal PAM dividida entre su perodo (T).

Vrms (p) = Vp x PW/T.


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El valor rms terico de una seal PAM formada a partir de una onda senoidal o cualquier seal cclica puede ser calculado de esta forma Vrms (p) = PW/T x Vrms (s)

El valor rms [Vrms (p)] de la seal PAM para Vrms (s) es igual a Vrms (p) = PW/T x Vrms (s); la potencia terica de la seal PAM formada de una onda senoidal es PW/T multiplicada por la potencia de la onda senoidal (Ps): Pp, = PW/T x Ps

Mida los voltajes de la fraccin PW/T de los pulsos PAM y calcule los valores rms del pulso para determinar experimentalmente los voltajes rms de la seal PAM.

El voltaje rms de la seal PAM es igual a la raz cuadrada de la suma de los cuadrados de los valores rms del pulso individual.

NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 2 Demodulacin de la seal PAM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio, usted ser capaz de describir la demodulacin de una seal PAM. Demostrar el efecto de la tasa de muestreo de PAM sobre la seal de mensaje recuperada. Demostrar el efecto de la frecuencia de corte del filtro sobre la seal de mensaje recuperada. Usar un osciloscopio para efectuar observaciones y mediciones.

DISCUSIN DEL EJERCICIO La tcnica para la demodulacin de las seales PAM es la filtracin paso bajo. Un filtro paso bajo tiene el efecto de promediar o "alisar" la seal PAM recibida. Cuando la frecuencia del pulso de muestra es mayor que la frecuencia Nyquist, una buena

reconstruccin de la seal de mensaje original es la salida de un filtro paso bajo con las caractersticas de respuesta de frecuencia apropiadas.

Para mejorar la recuperacin de la seal de mensaje, el receptor de PAM puede incluir un circuito muestreo/retencin, antes del filtro paso bajo.

La seal PAM y una seal de pulso de muestra sincronizada con el pulso de muestra del transmisor son entrada al circuito muestreo/retencin.

El circuito muestreo/retencin forma una seal de escalera, la cual es entrada al filtro paso bajo.

El dominio de frecuencia de la seal PAM ayuda a ilustrar cmo un filtro paso bajo recupera o reconstruye la seal de mensaje.

El espectro de la seal PAM contiene la frecuencia de la seal de mensaje, as como las frecuencias de las rplicas de la seal de mensaje.

Un filtro paso bajo debe remover todas las frecuencias rplica en el espectro de frecuencia de la seal PAM para demodular (reconstruir) una seal PAM.

La demodulacin de la seal PAM es posible slo cuando las condiciones son conocidas: (1) La frecuencia de la seal del mensaje es limitada al valor mximo (fm). (2) La frecuencia de muestreo del pulso (fs) es ms grande que la frecuencia Nyquist. (3) La frecuencia de corte del Filtro es mayor que la frecuencia de la seal de mensaje mxima (fm), y la primera rplica es suficientemente atenuada.

Si fs es menor que el doble de fm ocurre una condicin conocida como aliasing o distorsin por superposicin (fold over).

Aliasing causa severas distorsiones de la seal de mensaje recuperada.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

Telecomunicaciones digitales 1 Unidad 3 Multiplexacin por divisin de tiempo

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UNIDAD 3 MULTIPLEXACIN PAM POR DIVISION DE TIEMPO

OBJETIVO DE LA UNIDAD Al completar esta unidad, usted ser capaz de describir cmo las seales pueden ser multiplexadas por tiempo. Usar el bloque de circuitos PAM-TDM en el tablero de circuitos para multiplexar y recuperar dos seales PAM.


La multiplexacin por divisin de tiempo (TIME-DIVISION MULTIPLEXING) enva simultneamente seales de mensaje mltiples sobre un canal nico. El transmisor o multiplexor (MULTIPLEXER), combina las seales de mensaje dentro de una seal TDM de pulso nico de amplitud modulada (PAM). El receptor o demultiplexor (DEMULTIPLEXER) separa el retorno de la seal PAM-TDM en seales de mensaje.

El canal TDM est dividido en perodos de tiempo o intervalos de tiempo (time slot). Los intervalos de tiempo tienen un orden fijo que se repite una vez por cada trama (frame). Cada seal de mensaje es asignada a uno de los intervalos de tiempo. Como la trama se repite, una muestra de PAM de cada seal de mensaje es colocada en su intervalo de tiempo asignado.


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El espacio entre los pulsos PAM-TDM es llamado tiempo de proteccin (guard time). El tiempo de proteccin evita la interferencia entre los pulsos adyacentes.

El trasmisor intercala pulsos PAM dentro del canal TDM y proporciona informacin de temporizacin y de sincronizacin de trama (FRAME SYNCHRONIZATION) para el receptor. El receptor emplea un reloj cronometrador (TIMING CLOCK) para identificar cuando los pulsos PAM son vlidos. La sincronizacin alinea al receptor con las tramas TDM transmitidas.

Para permitir la transmisin TDM sobre largas distancias, la informacin del cronometraje y del control es generalmente multiplexada junto con las seales de mensaje. El receptor (RECEIVER) contiene circuitos que recuperan la informacin del cronometraje y de sincronizacin desde el PAM-TDM.


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Un reloj temporizador (cronmetro) se puede extraer, usando los pulsos PAM y los espacios de tiempo de proteccin. Una altura mnima de pulso PAM o pedestal, asegura que un reloj temporizador estable se pueda recuperar desde el PAM-TDM. El receptor utiliza el cronmetro para identificar cuando los pulsos PAM son vlidos.

El receptor de PAM-TDM tambin necesita informacin de la sincronizacin para localizar los intervalos de tiempo. El transmisor marca los principios de cada trama con una seal de sincronizacin. El receptor usa la marca de sincronizacin y la asignacin del intervalo de tiempo para identificar cada una de las seales PAM. Los conceptos bsicos del cronometraje y la sincronizacin son aplicables a todos los sistemas TDM. Cada tipo de canal TDM usa su propio protocolo que define el formato de datos del canal, el cronometraje y la sincronizacin. El formato para un canal TDM es llamado protocolo de capa fsica.


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NUEVOS TRMINOS Y PALABRAS demultiplexor - es un dispositivo que separa dos o ms seales previamente combinadas por un multiplexor y que son transmitidas sobre un canal nico (tambin llamado receptor). intercalacin - es el acto de mezclar elementos de una secuencia ordenada para que alternen con los elementos de otra secuencia. mquina de estado - es un circuito lgico que utiliza su estado presente para determinar el siguiente estado. multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) - son dos o ms seales enviadas o recibidas sobre la misma lnea, empleando un intervalo de tiempo diferente para cada seal. multiplexor - es un circuito que combinan seales mltiples en una salida nica para la recuperacin posterior (tambin llamado transmisor). pedestal - es un pulso de altura fija, insertado bajo un pulso de altura variable que garantiza una altura de pulso mnima. protocolo - es un procedimiento requerido o un juego de reglas establecidas. protocolo de capa fsica - es un formato usado para enviar informacin sobre un medio de comunicacin. registro de tiempo (intervalo de tiempo) - son los perodo fijos de tiempo asignados en un orden especfico dentro de una trama especfica (consulte "trama"). sincronizacin - es un medio de alineacin del transmisor y el receptor para enviar y recibir datos en los tiempos correctos. trama (frame) - es un perodo de repeticin de tiempo igual al perodo de muestreo, que est igualmente dividido en asignaciones de tiempo ms pequeas llamadas registros de tiempo o intervalos de tiempo. tiempo de proteccin - es el tiempo entre pulsos para prevenir la interferencia.

EQUIPO REQUERIDO Unidad base de FACET Tablero TELECOMUNICACIONES DIGITALES 1 Multmetro Osciloscopio de doble trazo Generador de onda senoidal


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 1 Transmisin PAM-TDM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio, usted ser capaz de describir cmo las seales PAM pueden ser multiplexadas por divisin de tiempo. Explicar la sincronizacin usada en el bloque PAM-TDM. Explicar las relaciones de cronometraje de los pulsos de muestra S1 y S2. Usar un osciloscopio para verificar el cronometraje en el tablero de circuitos.

DISCUSIN DEL EJERCICIO El transmisor PAM-TDM combina seales de mensaje en un canal nico por intercalacin de

muestras de PAM. Este proceso es llamado multiplexacin por divisin de tiempo. El transmisor PAM contiene dos muestreadores, un contador de canales (contador de

intervalos) y un sumador. Las seales de mensaje son muestreadas durante sus intervalos de tiempo asignados. S1 muestrea la seal de mensaje M. S2 muestrea la seal de mensaje M2. Los pulsos de muestra S1 y S2 estn en los intervalos de tiempo 1 y 2, respectivamente. El pulso PAM generado por S1 ocurre cuando la salida del otro muestreador est en cero. Lo

mismo es verdadero para S2. El Sumador (Adder) suma las salidas de: Muestreo1 (Sample 1), Muestreo 2 (Sample 2) y

SYNC. Muestreo 1 y Muestreo 2 proporcionan pulsos PAM en los intervalos 1 y 2, respectivamente. SYNC (intervalo 0) est normalmente a tierra, generando un intervalo de tiempo vaco. El reloj transmisor (CLKT) es sustrado para generar un pedestal. El Sumador (Adder), recibe un pulso por cada vez desde sus entradas y, del mismo modo,

transmite estos pulsos uno a la vez. El Contador de canales (Slot Counter) o mquina de estado genera los pulsos S1, S2 y

CLKT. El Contador de canales (Slot Counter), divide la trama transmisora en tres registros de tiempo

o intervalos de tiempo. El Contador de canales (Slot Counter) asegura que slo una de sus salidas sea alta a la vez.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 2 Recepcin PAM-TDM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Al completar este ejercicio, usted ser capaz de explicar cmo las seales de reloj son recuperadas de PAM-TDM. Explicar cmo los intervalos de tiempo del receptor estn sincronizados con los intervalos de tiempo del transmisor. Describir cmo la seal PAM-TDM es demultiplexada y cmo las seales de mensaje son recuperadas.

DISCUSIN DEL EJERCICIO El receptor PAM-TDM (demultiplexor) recibe la seal PAM multiplexada por divisin de

tiempo del transmisor y recupera las seales de mensaje individuales (M1 y M2). Con el fin de recuperar M 1 y M2 el receptor debe recuperar las seales de reloj transmitidas,

sincronizar sus intervalos de tiempo con los del transmisor, demultiplexar las seales PAM en seales de escalera individuales y reconstruir las seales de mensaje.

Los circuitos Muestreo Ret (SAMPLE HOLD) 1 y 2 demultiplexan el PAM-TDM en seales de escalera.

Los FILTROS 1 y 2 reconstruyen las seales del mensaje a partir de las seales de escalera. Los circuitos SAMPLE HOLD (Muestreo Ret) son muestreados con las seales H1 y H2, las

cuales son generadas por el Contador de canales (Slot Counter). El pulso muestreo/retencin (H1) del receptor ocurre al mismo tiempo que el pulso de

muestra del transmisor (S1). La seal de mensaje M1 muestreada por S1 es recuperada por el circuito muestreo/retencin

que recibe el pulso H1. M2 es muestreada por S2 y recuperada, empleando H2 durante el intervalo de tiempo 2. H1 es ms estrecho que las muestras PAM-TDM para asegurar que slo los pulsos PAM sean

muestreados El Contador de canales (Slot Counter) del receptor genera las seales H1 y H2 a partir de la

temporizacin y sincronizacin contenidos en la seal PAM-TDM COMP y COMP+ hacen la interface del Contador de canales (Slot Counter) con la seal

PAM-TDM. El Contador de canales utiliza la informacin de COMP+ Y COMP para generar H1 y H2 en

los tiempos correctos. El receptor utiliza las mismas asignaciones de intervalo de tiempo como el transmisor. El intervalo de tiempo 0, el cual contiene slo un pedestal, es utilizado para alinear o

sincronizar los intervalos de tiempo del receptor con los intervalos de tiempo del transmisor.


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Los intervalos de tiempo 1 y 2 contienen las muestras PAM de M1 y M2, respectivamente. El comparador positivo (COMP+) indica cuando la seal PAM-TDM est arriba de 1.5V. El Contador de canales (Slot Counter) utiliza la salida COMP+ para detectar cuando sus

intervalos de tiempo estn fuera de sincronizacin con los del transmisor. El transmisor asegura que el intervalo de tiempo 0 contenga slo un pedestal (OV). La salida del bloque COMP+ estar activa cuando un pulso PAM-TDM est arriba de 1 5V. El bloque COMP recupera el reloj de cronometraje (CLKT) de la seal PAMTDM El Contador de canales en conjunto con el lazo de enganche de fase (PLL), sintetiza los

relojes que estn alineados en fase con los relojes del transmisor. El transmisor enva el reloj temporizador CLKT entre 0 VCD y 5 VCD.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

Telecomunicaciones digitales 1 Unidad 4 Modulacin de tiempo de pulso (PTM)

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UNIDAD 4 MODULACIN POR TIEMPO DE PULSO (PTM)

OBJETIVO DE LA UNIDAD Al completar esta unidad, usted ser capaz de describir cmo convertir una seal de mensaje a una seal de modulacin por tiempo de pulso (PTM) y cmo demodular una seal PTM, empleando el bloque de circuitos PTM en el tablero de circuitos Telecomunicaciones Digitales 1.


Existen diferentes mtodos para la modulacin de pulso de una seal. Cada mtodo obtiene su nombre de la forma en que los pulsos son modificados para representar la seal de mensaje. Dos tipos comunes de modulacin de pulso incluyen: la modulacin de amplitud de pulso (PAM), la modulacin de tiempo de pulso (PTM). Los dos tipos de PTM son: modulacin de ancho de pulso (PWM) y modulacin de posicin de pulso (PPM). En PTM el cronometraje del pulso es lo variable, no la amplitud como en PAM.


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PWM est muestreando el mensaje en intervalos regulares con una seal muestrear/retener (SH) y est produciendo anchos de pulso proporcionales a la amplitud de la seal de mensaje en el tiempo de muestreo. Un flanco de pulso es modulado (la posicin del flanco vara). Los flancos sin modular estn espaciados igualmente. Los pulsos PWM tienen amplitudes iguales. Las seales de modulacin de la posicin de pulso (PPM) son generadas de las seales PWM. Las seales PPM son pulsos angostos, de amplitud fija, con una posicin variable, proporcional a la amplitud de la seal de mensaje en el tiempo de muestreo. La posicin del pulso PPM es relativa a la seal SH, y la distancia entre los pulsos PPM vara con la amplitud de la seal de mensaje.

El dominio de frecuencia de una seal PTM es muy complejo. Adems para contener la frecuencia de la seal de mensaje, la primera rplica PTM puede contener la frecuencia de muestreo (fs) y diferentes bandas laterales, separadas por una frecuencia igual a la frecuencia de la seal de mensaje (fm). Debido a las bandas laterales adicionales ms bajas en la primera rplica, la frecuencia de muestreo (fs) debe ser ms alta de lo que es necesario en PAM. Con el fin de tener suficiente espacio entre el mensaje y las frecuencias de banda lateral ms baja, una seal PTM debe ser muestreada en un rango (fs) igual a varias veces la frecuencia mxima de la seal de mensaje (fm).

Una seal PTM es demodulada por la filtracin de paso bajo.


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NUEVOS TRMINOS Y PALABRAS modulacin de ancho de pulso (PWM) - es un tipo de PTM donde el ancho del pulso vara con la amplitud de la seal de mensaje. modulacin de posicin de pulso (PPM) - es un tipo de PTM donde la posicin del pulso vara con la amplitud de la seal de mensaje. modulacin de tiempo de pulso (PTM) - un tipo de modulacin de pulso (PTM) donde la sincronizacin del pulso vara con la amplitud de la seal de mensaje.

EQUIPO REQUERIDO Unidad base de FACET Fuente de potencia 15Vcd (2 requeridos)* Tablero TELECOMUNICACIONES DIGITALES Osciloscopio de doble trazo Generador de onda senoidal *Solamente requerido si al unidad de base FACET no contiene una fuente de potencia


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 1 Generacin de seal PTM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio, usted ser capaz de describir las caractersticas de las seales PTM. Describir los circuitos y seales utilizadas para generar seales PTM (PWM y PPM). Utilizar un osciloscopio para realizar observaciones y mediciones.

DISCUSIN DEL EJERCICIO Dos clases de modulacin de tiempo de pulso (PTM) son: la modulacin de amplitud de

pulso (PWM) y la modulacin de posicin de pulso (PPM). El ancho del pulso PWM es directamente proporcional a la amplitud de la seal de mensaje. La posicin del pulso PPM es directamente proporcional a la amplitud de la seal del

mensaje. En el tablero de circuitos, los circuitos SAMPLE, HOLD (Muestreo/retencin), RAMP GEN

(Generador de rampa, o Generador de contacto), ADDER (Sumador) y COMPARADOR generan las seales PWM.

El circuito PULSE LENGTH (Duracin de impulsos) convierte una seal PWM invertida en una seal PPM

M1, la seal de mensaje, es una onda senoidal de cerca de 5 Vpk-pk en 1 kHz. La seal SH muestrea la seal de mensaje. En el PROCEDIMIENTO, emplear una seal SH

de 16 kHz. Para entender cmo las seales PWM y PPM son generadas, debe comprender la relacin de

la seal SH con las seales de los circuitos SAMPLE/HOLD, RAMP GEN, ADDER, COMPARADOR y PULSE LENGTH.

El circuito muestrear/retener convierte la seal de mensaje en una seal PAM de escalera, como el primer paso en la generacin de una seal PWM.

El circuito muestrear/retener genera el escaln en el flanco positivo de la seal SH. Cada vez que la seal SH muestrea la seal de mensaje, un escaln es emitido del circuito

muestrear/retener. El escaln es igual a la amplitud de la seal del mensaje dentro del tiempo de muestreo. El generador de rampa (generador de contacto) forma una seal de rampa sincronizada a la

seal SH. La seal SH origina que la amplitud de la seal de rampa regrese a 0 VCD y comience a

aumentar a una pendiente fija. La frecuencia de la seal de rampa es igual a la frecuencia SH.


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Debido a que son iniciados por los pulsos SH, los pulsos de escaln y rampa se producen casi al mismo tiempo.

El circuito sumador (adder) suma los voltajes de un pulso de escaln y un pulso de rampa para emitir la seal mostrada.

El valor promedio de la salida del sumador es igual a la forma de onda de la seal de mensaje El comparador compara la seal de salida del sumador con el voltaje de referencia. Una seal PWM es emitida por el comparador. Como el valor promedio de la salida del sumador tiene la forma de onda de la seal de

mensaje, los anchos de los pulsos PWM del comparador variarn en proporcin a la amplitud de la seal del mensaje

El circuito de Duracin de impulsos (Pulse Lenght) forma la seal PPM de la salida PWM invertida del comparador.

El pulso PPM se produce en el flanco positivo de la seal PWM. La distancia del pulso PPM al pulso SH y la distancia entre los pulsos PPM son

proporcionales a la amplitud de la seal del mensaje.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 2 Demodulacin de seal PTM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio, usted ser capaz de explicar la demodulacin de las seales PTM. Describir el efecto de las frecuencias de mensaje y de muestreo en la seal de mensaje recuperada. Describir el efecto del ancho del pulso PPM en la seal de mensaje recuperada. Usar el osciloscopio para realizar observaciones y mediciones.

DISCUSIN DEL EJERCICIO La seal PTM es demodulada por el filtro paso bajo. En la mayora de los receptores, la seal PTM pasa a travs de un circuito limitador para

eliminar el ruido antes de que la seal de mensaje sea reconstruida. En esta unidad, una seal PTM est libre de ruido. La unidad sobre "Efectos de Canal"

explica y demuestra cmo el limitador retira el ruido de una seal PTM El prefiltro analgico es la primera etapa del filtro; esencialmente retira las frecuencias ms

altas que 16 kHz de la seal PTM y reconstruye en forma parcial y amplifica la seal de mensaje.

Un prefiltro es necesario para recuperar una seal de mensaje clara de una seal PPM. Las seales PWM pueden ser demoduladas sin un prefiltro. Un dominio de frecuencia de seal PTM es ms complejo que un dominio de frecuencia de

una seal PAM. La primera rplica en una seal PTM puede contener la frecuencia de muestreo (fs) y varias

bandas laterales, separadas por una frecuencia igual a la frecuencia de la seal de mensaje (fm).

El prefiltro analgico tiene las siguientes caractersticas: atena las seales de 10 kHz, por cerca de 15 dB; atena frecuencias ms altas que 14 kHz por cerca 20 dB; amplifica frecuencias menores a 3 kHz.

En el caso de las seales PPM de demodulacin, la amplificacin de la frecuencia de mensaje es necesaria, debido al bajo nivel de potencia de los pulsos PPM angostos.

El prefiltro se conecta al filtro paso bajo de condensador conmutado en el bloque de circuitos PAM.


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El filtro retira completamente las bandas laterales ms bajas y las frecuencias de muestreo que estn en la seal de salida del prefiltro.

La seal de mensaje reconstruida es la salida del filtro. Puesto que ms de una frecuencia de banda lateral ms baja puede estar presente en una seal

PTM, fs debe ser varias veces la frecuencia de mensaje mxima (fm) para que un filtro paso bajo prctico emita una seal de mensaje reconstruida clara.

Si la primera rplica contiene cuatro frecuencias de bandas laterales ms bajas, separadas por una frecuencia igual a fm, fs debe ser mayor que cuatro veces fm para reconstruir apropiadamente la seal de mensaje con un filtro paso bajo.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

Telecomunicaciones digitales 1 Unidad 5 Modulacin del cdigo de pulso (PCM)

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UNIDAD 5 MODULACIN POR CDIGO DE PULSO (PCM)

OBJETIVO DE LA UNIDAD Al completar esta unidad, usted ser capaz de demostrar la modulacin por cdigo de pulso (PCM) y la multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) utilizando el bloque de circuitos PCM en el tablero Telecomunicaciones Digitales 1.


PAM, PWM Y PPM son seales de pulso que representan la seal analgica que resulta de un cambio en la amplitud, ancho o posicin del pulso. Aunque estas seales son pulsos secuenciales, no son cdigos digitales binarios.

La modulacin del cdigo de pulso (PCM) resulta muestreando el voltaje de una seal analgica y convirtiendo cada muestra en un cdigo digital en serie de 8 bits. Las seales PCM son una serie de cdigos de 8 bits que representan a la seal analgica.


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Un CI CODEC (codificador/decodificador) desarrolla la conversin analgica a digital (codificacin) para la transmisin de seales PCM. El CODEC simultneamente desarrolla la conversin digital a analgica (decodificacin) en las seales PCM recibidas. Los sistemas de comunicaciones digitales, tales como las redes de conmutacin y transmisin telefnicas, emplean CODECs extensivamente para la modulacin y demodulacin del cdigo de pulso de las seales portavoces.

La multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) es el proceso por el cual muchos canales de seales PCM, representando diferentes mensajes, son transmitidos sobre la misma lnea. Las salidas de cada CODEC, las cuales pueden estar localizadas en diferentes dispositivos de comunicacin, pueden ser conectadas a una lnea de transmisin comn. Desde cada CODEC, se emite una serie de seales PCM de 8 bits, representando cada seal de mensaje.


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Al perodo de tiempo asignado a la seal PCM en la lnea de transmisin se le llama registro de tiempo (time slot) o intervalo de tiempo. Una trama (Frame) es un grupo de registros de tiempo PCM de repeticin, los cuales son transmitidos sobre la misma lnea. Algunas ventajas de la transmisin PCM son: costo ms bajo facilita la multiplexacin facilita la conmutacin menos problemas de ruido Por lo general, las ventajas sobrepasan las desventajas. La industria se dirige hacia las redes de comunicacin digital al 100%.

NUEVOS TRMINOS Y PALABRAS CODEC (codificador/decodificador) - es un dispositivo que puede desarrollar simultneamente conversin analgica a digital (codificacin) y conversin digital a analgica (decodificacin). compansin - es un proceso de compresin y de expansin que mejora la relacin total seal a ruido durante la codificacin y decodificacin PCM. cuantizacin - el proceso de convertir una amplitud muestreada en un nivel numerado llamado un quantum, basado en el nmero de bits en la seal PCM. full-duplex - es un sistema de transmisin que permite el flujo simultneo de las seales de comunicacin en ambas direcciones. ley A - es una ley de compansin empleada principalmente en Europa. ley de compansin - es una relacin logartmica utilizada para la compansin. ley - es una ley de compansin empleada en Amrica del Norte y Japn. lazo local - los dos lazos de alambre que conectan el aparato telefnico a la oficina central. modulacin del cdigo de pulso (PCM) - es un proceso de modulacin que produce cdigos de series binarias para muestras de amplitud de la seal de mensaje analgica. multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) - es un proceso que transmite dos o ms seales de mensaje sobre la misma lnea, empleando un intervalo de tiempo diferente para cada seal. quantum - es un nmero asignado a un valor cuantizado particular. registro de tiempo - perodo de tiempo, o intervalo de tiempo dentro de una trama que es igual al perodo de las muestras. simplex - es un sistema de transmisin que restringe las seales de comunicacin a una sola direccin. trama - es un perodo de tiempo, igual al perodo de muestreo, que est dividido en perodos iguales ms pequeos llamados registros de tiempo o intervalos de tiempo (time slots).


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EQUIPO REQUERIDO Unidad base de FACET Tablero TELECOMUNICACIONES DIGITALES 1 Fuente de Potencia 15 Vcd (se requieren 2)* *Solamente requeridas si la unidad de base FACET no contiene una fuente de potencia Osciloscopio de doble trazo Generador de onda senoidal

NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 1 Generacin y demodulacin de PCM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio ser capaz de describir el proceso de conversin de seales analgicas a seales PCM. Describir cmo las seales PCM son demoduladas. Leer y decodificar seales PCM. Verificar sus resultados, observando y midiendo las seales con un osciloscopio.

DISCUSIN DEL EJERCICIO El CODEC codifica la seal de mensaje analgica (AX) en una seal PCM digital (DX). Las siglas CODEC significan codificador/decodificador. El pulso de muestra de transmisin (SX) de 8 kHz (cronometraje), ocurre en un ciclo de reloj

antes del intervalo de tiempo asignado para la seal PCM transmitida. Esto activa el CODEC para muestrear la seal de mensaje y codificar la seal PCM.

El CODEC decodifica la seal PCM digital recibida (DR) en una seal de mensaje analgica recuperada (AR).

El pulso de sincronizacin de recepcin (SR) de 8 kHz, se produce en un ciclo de reloj antes que el intervalo de tiempo de la seal PCM recibida y activa el CODEC para decodificar los cdigos PCM de 8 bits.

Las secciones de codificacin constan de un filtro transmisor, un circuito muestreo/retencin, un ADC, un registrador y un convertidor paralelo a serie.

El circuito cronometraje y control sincroniza la operacin del CODEC. SX es el punto de muestra de transmisin de 8 kHz. SR es el pulso de cronometraje receptor de 8 kHz, el que generalmente se produce en un

intervalo de tiempo diferente que SX. La seal de mensaje analgica se introduce en AX hacia el filtro de transmisin. El circuito muestreo/retencin, muestrea la amplitud de la seal analgica filtrada 8000 veces

por segundo (8 kHz). Una seal PAM de escalera se emite desde el circuito muestreo/retencin. La cuantizacin

simplifica la conversin del voltaje de escaln a un cdigo binario. Por lo general, la relacin total seal-ruido es mejorada durante la cuantizacin, gracias al

proceso de compansin (compresin/expansin).


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Las amplitudes de seal ms altas son comprimidas durante la codificacin y resultan expandidas durante la decodificacin.

Con la compansin en forma de S, los voltajes de escaln ms pequeos reciben valores quantum ms altos que los voltajes de escaln ms altos.

El CODEC usa una ley de compasin para determinar el cdigo que emitir. Donde MSB es el bit de signo. El MSB para un voltaje de escaln positivo es 1. El MSB para un voltaje de escaln negativo es 0. Los 7 bits restantes designan uno de los 128 niveles quantum.

El ADC codifica el valor quantum en un cdigo digital paralelo de 8 bits, el cual es temporalmente almacenado en el registrador de salida (Output Register).

El cdigo paralelo del registrador de salida es convertido a un cdigo digital secuencial de 8 bits que es emitido, un bit a la vez, mediante la seal de reloj de 1.54 MHz.

La operacin del sistema de circuitos decodificadores est a la inversa del codificador.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Ejercicio 2 Multiplexacin por divisin de tiempo PCM

OBJETIVO DEL EJERCICIO Cuando haya completado este ejercicio, ser capaz de describir la multiplexacin por divisin de tiempo (TDM) de las seales PCM. Explicar las relaciones de la muestra de transmisin (SX), el cronometraje de recepcin (SR) y la multiplexacin de seales PCM. Demostrar la transmisin full-duplex con seales PCM. Verificar sus resultados, observando y midiendo las seales con un osciloscopio.

DISCUSIN DEL EJERCICIO La multiplexacin es el mtodo mediante el cual muchos canales de conversaciones

telefnicas (seales de mensaje) son simultneamente transportados sobre la misma lnea (full-duplex).

En la oficina central de la compaa telefnica, los CODEC's convierten seales de voz analgicas a seales PCM que son multiplexadas y transmitidas sobre las lneas de larga distancia.

Las seales PCM son ms fciles de multiplexar que las seales analgicas. Las seales PCM son multiplexadas, utilizando la multiplexin por divisin de tiempo

(TDM). Las seales PCM de un grupo de CODEC's se conectan a una sola lnea de transmisin. Las seales PCM de un CODEC simple representan muestras de una seal de mensaje

analgica codificada digitalmente. La transmisin full-duplex de las seales PCM pueden ocurrir con TDM A las seales PCM de los CODEC's se les asigna unos intervalos de tiempo en la lnea de

transmisin. Despus de que la seal PCM del ltimo CODEC (CODEC n) es colocada en el ltimo

intervalo de tiempo, el proceso TDM se repite con una seal PCM del primer CODEC (CODEC 0).

Durante el intervalo de tiempo, la seal PCM aparece slo un bit a la vez en la lnea de transmisin.

Al grupo de intervalos de tiempo repetidos se le llama trama. En el decodificador que recibe una seal PCM, el pulso SR (cronometraje de recepcin)

ocurre al mismo tiempo que un pulso SX activa el muestreo de la seal de mensaje. Puesto que las seales PCM que portan voz tiene una frecuencia relativamente baja (8 kHz),

muchos canales PCM pueden ser enviados en serie, sobre una lnea de transmisin digital de alta frecuencia.

La frecuencia de reloj de 1.536 MHz, empleado por los CODEC's en el bloque de circuitos PCM es la misma que la frecuencia de reloj para los sistemas portadores T1 comerciales de 1.544 MHz utilizados por las redes digitales de 50 millas o menores.


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NOTAS ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________


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Telecomunicaciones digitales 1 Unidad 6 Modulacin delta (DM)

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UNIDAD 6 MODULACIN DELTA (DM)

OBJETIVO DE LA UNIDAD Al completar esta unidad, usted ser capaz de demostrar la modulacin y la demodulacin delta, empleando el bloque de circuitos DELTA en el tablero de Telecomunicaciones Digitales 1.


Como la PCM, la modulacin delta (DM) se trata de un proceso de codificacin digital. PCM convierte cada muestra de amplitud de la seal de mensaje en un cdigo de 8 bits. DM convierte el cambio en la amplitud de la seal de mensaje a un cdigo de 1 bit: 1 lgico para un aumento y 0 lgico para una reduccin.

La DM puede ser considerada como un sistema de modulacin de cdigo de pulso diferencial de 1 bit. Un 0 lgico significa que se reduce la amplitud de la seal de mensaje. Un 1 lgico significa que aumenta la amplitud de la seal de mensaje.


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Las frecuencias de muestreo DM (CLOCK) comn son de 5 a 10 veces la frecuencia Nyquist. Como el cdigo DM es 1 bit, la frecuencia de bit resulta igual a la frecuencia de muestreo. La frecuencia de muestreo normal de 32 kHz puede ser cambiada a 8 kHz, 16 kHz o 64 kHz mediante interruptores MC.

Un muestreador digital (DIGITAL SAMPLER) genera el estado lgico de DM. El muestreador digital es un circuito comparar/cerrar que compara la amplitud de la seal de mensaje con una amplitud reconstruida de un integrador de retroalimentacin (FEEDBACK INTEGRATOR).

La seal DM transmitida es una serie contnua de bits que estn indicando un aumento o una disminucin en la amplitud de la seal de mensaje. El receptor de DM contiene un integrador receptor (similar al integrador de retroalimentacin del transmisor) y un filtro paso bajo. El integrador receptor (Receive integrator) produce una reproduccin en diente de sierra de la seal de mensaje del cdigo DM. El filtro paso bajo (LOW-PASS FILTER) corrige la reproduccin en diente de sierra para producir la seal de mensaje recuperada. Los sistemas de decodificacin de modulacin delta no estn libres de distorsin ni de ruido. La seal integrada puede estar distorsionada por errores de cuantizacin, lo cual ocasiona una seal de mensaje recuperada distorsionada.


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El voltaje de cuantizacin (QUANTIZATION VOLTAGE) es la amplitud de la seal integrada para un perodo de reloj (muestreo). La frecuencia de muestreo y la pendiente (SLOPE) del integrador determinan el voltaje de cuantizacin, lo cual afecta los errores de cuantizacin. Los errores de cuantizacin incluyen: sobrecarga de pendiente ruido de cuantizacin ruido falso Observar estos errores de cuantizacin en el ejercicio 2.

El transmisor DM descrito produce la DM lineal, porque tiene una pendiente fija. La modulacin delta de pendiente variable continua (CVSD) es otro mtodo de DM. La CVSD monitorea la seal para signos de distorsin.


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Cuando los errores de cuantizacin son detectados, la pendiente de la salida del integrador de retroalimentacin es aumentada o disminuida para reducir los errores. La CVSD es ampliamente aceptada como un mtodo potencialmente muy atractivo, tcnicamente, de transmisin digital. El rango de la seal de entrada dinmico de un sistema de modulacin delta est limitado por una sobrecarga de pendiente y ruido de cuantizacin. Este rango de entrada dinmica puede ser aumentado por compansin.

La compansin es efectuada, empleando un compansor el cual consta de un circuito compresor y un circuito expansor. Durante la compresin, el compresor atena las porciones de amplitud ms altas de una seal, ms que las porciones de amplitud ms bajas.

Durante la expansin, el expansor (EXPANDER) amplifica las amplitudes de seal ms altas ms que las amplitudes de seal ms bajas. La compansin mejora el funcionamiento del sistema, puesto que un rango ms alto de las seales de entrada puede ser transmitido y recibido.


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NUEVOS TRMINOS Y PALABRAS circuito expansor - es un circuito, generalmente en un receptor, que amplifica las porciones de amplitud ms altas de una seal ms que las porciones de amplitud ms bajas. circuito compresor - es un circuit

91581-02 telecomunicacionesdigitales1 sw ed2 pr2

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