Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I

1. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales Se vio en el capitulo anterior lo referente a las modulaciones analógicas en las que una señal continua en el tiempo constituye la banda base; veremos ahora las técnicas de modulación usadas para la transmisión de información digital comenzando por la conversión de señales analógicas a dígitos. Prof: Ing. Diego Satizabal Pelaez Ingeniero en Electrónica mención Comunicaciones UNEXPO Vicerrectorado Barquisimeto C.A. Metro de Caracas eMail: Diego.Satizabal@gmail.com Tlfs: 0412 154 74 19

2. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital Debido al desarrollo vertiginoso que tuvo el procesamiento de datos muy especialmente aupado por el desarrollo de dispositivos de calculo basados en circuitos lógicos que manejan información binaria, resulto cada vez mas plausible la idea de llevar una información analógica, constituida por una señal continua que varia en el tiempo, a información digital. Fotografía del primer microprocesador

3. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital Para pasar una información analógica al mundo digital es necesario realizar una operación conocida como Conversión Analógico a Digital (Analogic-to-Digital Conversion o ADC), la cual se basa en el muestreo periódico de la señal de modo que se obtienen dígitos equivalentes al nivel instantáneo de tensión de la señal. División del eje Y en niveles de tensión y sus respectivos valores

4. . . . . B3 B2 B1 B0 Vref R . 2R 4R 8R R Señal Real Señal Digital . . + - Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital Lo mas sencillo es realizar conversión Digital a Analógico a través de un sencillo circuito de arreglo de resistencias que da una tensión de salida que varia de acuerdo al valor binario compuesto por los bits: B0, B1, B2 y B3 (B0 es el LSB) Esquema de un convertidor Digital – Analógico (DAC) Vo = Vref x (B0/8R + B1/4R + B2/2R + B3/R)

5. S&H Control ADC CONTADOR BINARIO DAC Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital Señal de Entrada Esquema de un convertidor Analógico a Digital de aproximaciones sucesivas

6. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital . ΔV Señal Real Señal Digital Ejemplo de Ruido de Cuantizacion

7. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital Generalmente la velocidad de conversión se mide en Muestras/Segundo (Samples/s)

8. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Conversión Analógico a Digital Esto NO es conversión analógico a digital

9. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Teorema de Nyquist Aliasing en conversión analógica-digital

10. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Teorema de Nyquist El teorema de Nyquist establece que para reconstruir una señal muestreada se debe muestrear como mínimo a 2 veces la máxima frecuencia de la señal original

11. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Teorema de Nyquist Como ejemplo pongamos un canal telefónico en el cual se ha limitado el ancho de banda de la voz al rango de 20 Hz a 4 KHz. De acuerdo al teorema de Nyquist la frecuencia mínima de muestro debe ser 8 KS/s Para un convertidor de 8 bits (8 bits por muestra) tendríamos una velocidad de transmisión de 8 (KSamples/s) x 8 (bits/Sample) = 64 Kbps

12. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Teorema de Nyquist Tradicionalmente las señales digitales se codifican en “1” y “0” donde un nivel alto de tensión (5 V por ejemplo) representa el “1” y un nivel bajo de tensión (0 V por ejemplo) representa el “0” Señal Digital

13. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Códigos de Línea Existe un esquema de codificación en el cual se representa un “0” por un nivel bajo de tensión y un “1” por un nivel alto de tensión, pero si existen dos “1” consecutivos la señal permanece en alto

14. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Códigos de Línea La codificación Manchester se realiza mediante transiciones entre los niveles de tensión en cada tiempo de bit, de modo que una transición bajo a alto representa un “1” y una transición alto a bajo representa un “0”. Las transiciones suceden en el medio del tiempo de bit.

15. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Códigos de Línea Otro tipo de codificación de datos binarios es la codificación multinivel, en la cual los bits se agrupan de 2 o mas representando cada uno un nivel de tensión dado, pudiendo existir 2n niveles donde n es la cantidad de bits agrupados. Ejemplo de codificación multinivel

16. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales - ASK Del ingles Amplitude-Shift Keying, la modulación ASK consiste en codificar la secuencia de bits “apagando y prendiendo” la portadora, de manera que presencia de señal signifique “0” y ausencia “1” (o viceversa). Oscilograma de modulación ASK

17. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales - ASK Como la modulación ASK de alguna forma es similar a la modulación AM puesto que se varia la amplitud de la portadora en función de la señal digital, podemos ver fácilmente que se puede recuperar la información con un detector de envolvente

18. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales - ASK Como la modulación ASK es similar a la AM, podemos ver que su espectro se parece a esta ultima, y así mismo, el ancho de banda para la transmisión es el doble que el de la banda base. Ejemplo de señales en modulación FSK

19. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales - ASK Si usamos una señal codificada en múltiples niveles para modular una señal ASK podemos obtener lo que se conoce como ASK Multinivel, en la cual cada nivel de la señal banda base representa una amplitud diferente en la señal ASK. ASK Multinivel

20. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales – FSK La modulación FSK (Del Ingles Frecuency-Shift Keying) consiste en representar en la portadora datos binarios con distintas frecuencias de modo que dadas dos frecuencias f0 y f1, el “0” sea representado por la frecuencia f0 y el “1” sea representado por la frecuencia f1. Ejemplo de señales en modulación FSK

21. V = k(DF) ve vosc Entrada Salida Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulaciones Digitales - ASK Puede resultar obvio pensar que la demodulación FSK se realice con PLL al igual que en la FM.

22. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK La modulación PSK (Del Ingles Phase-Shift Keying) consiste en producir variaciones de fase en la portadora de manera que un cambio de fase dado represente un dato digital. Nótese la inversión de fase para representar el “0” Ejemplo de señal PSK

23. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK Pero la fase no solo se puede variar 180°, también se pueden introducir cambios de fase de 90°, 45°, etc., de modo que la modulación PSK puede tener distintas variantes de acuerdo al ángulo que varíe la fase. Si hay M cambios de fase, se necesitan combinar n bits de modo que 2n = M. A esta modulación se le denominaría PSK M-aria Ejemplo de señal PSK

24. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK Si se realiza un diagrama de fases en coordenadas polares se obtiene lo que se denomina la “constelación”, que representa la ubicación de cada símbolo en términos de cambio de fase en la portadora. 32-PSK Constelación 8-PSK o π/4-PSK

25. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK Resulta obvio pensar que si se aumenta la cantidad de símbolos representados aumenta la posibilidad de errores al demodular. La medida de errores en la recepción se conoce como Bit Error Rate o VER e indica cuantos bits erróneos hay sobre n bits recibidos.. Ejemplo de señal PSK

26. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK Algunas variantes del PSK se conocen con nombres especiales: BPSK = Binary PSK DBPSK = Diferential BPSK QPSK = Quadrature PSK o 4-PSK π/4-PSK = 8-PSK

27. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK Si realizamos una combinación de las técnicas ASK y PSK, de modo que para representar datos se introduzcan variaciones simultaneas de amplitud y fase, obtenemos una modulación que permite enviar mayores cantidades de información a la vez, conocida como QAM o Quadrature Amplitude Modulation. 010 011 001 100 101 000 110 111 Constelación 8-QAM

28. Asignatura: Sistemas de Comunicaciones I Modulación PSK Constelación 64-QAM