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
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:
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Muestreo Ideal
5
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
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
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f
f(t)
Modulación
de Amplitud
Plano
de pulsoPAM Techo
Para su espectro:
Efecto aperturaPuede ser despreciablesi <<Ts
En recepción:
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Modulación
por Duración
oy
AnchoPPMde Pulso
s(PWM o PDM)
Comparadorde nivel ygeneradorserrasoidal
Modifica elciclo detrabajo(Duty Cycle) 11
Generación de Modulación deAncho de Pulso (PWM)
muestreador
Comparador+
f(t) PWM
mpaComparador
rencia
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Voltaje de refe
Reloj
RaGenerador
+Vref.
Entradasdel
PWM
S/H
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)
MODULACIÓN DIGITAL DE PULSOS
ModulaciónADPCM DeltaM
de pulsos
Codificados (PCM)
N1N2N3N4N5
N2 N1 N2 N4 N5 N4
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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
17
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PCMCuantificación uniforme Mas niveles,
menor error(ruido odistorsión)
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
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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
PCMProceso PCM
Cuantizador21
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
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
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Log NAT
PCM
CaracterísticasCompresión
de
Mejora de CompresiónS/Nq=+6n=10log{3/[ln(+1)]2}
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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.].
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1 1 1 0 1 0 1 0
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
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)
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.
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MODULACION DIGITAL
Modelo del sistema
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MODULACION DIGITAL
Modulación binaria
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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
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
MODULACION ASK
Se conmuta entre dos valores
1m(t) =
0Acos(wct)
s(t) =0
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MODULACION ASK
Receptor coherente
Receptor no coherente
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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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MODULACION FSKDemodulación FSK
Detectorenvolvente
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
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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.
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ara:
ebe cumplirse:
MODULACION FSK
Para reducir la interferencia intersímbolos,se define ortogonalidad entre señales en elintervaloP
Tb:
D
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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
MODULACION FSK
Receptor coherente
Receptor no coherente
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MODULACION FSK
En la demodulación coherente esnecesario recuperar la portadora:
En la demodulación nocoherente essimple:
mas
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MODULACION PSK
Generación:U/B
Similar a ASK
Receptor:
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MODULACION PSK
Representación fasorial“1”
0
“0”
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MODULACION PSK
Proceso de demodulaciónSeñal Rx: Multiplicación
local:Det. Coherente:
Det. Sincrónica:LPF
LPFPhase Jitter
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MODULACION PSKReceptor coherente
Criterio de decisión
MultiplicaciónVCO - PLL
y BPF
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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
MODULACION DPSK
Comparación PSK y DPSK
fc=fb por facilidad gráfica 54
MODULACION DPSKGeneración DPSK
ak==
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MODULACION DPSKReceptor DPSK
Se denomina “detección por retardo” y no necesitasincronización de portadora pero
sí de temporización.= =
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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:
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5
Probabilidad de Error en Sistemas deModulación Binaria
8
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
ANEXO
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