Modulación Digital

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica de las Fuerzas Armadas

UNEFA – Sede Maracay

Profesor: Integrantes:

Maricela Yepez Alvarez Daniel

C.I. 20.336.067

Rosangelica Díaz

C.I. 23.059.185

Katherine Coa

C.I. 19.948.079

María de Sousa

C.I. 25.067.181

Maracay, Edo. Aragua. Mayo 2015

Introducción

Actualmente vivimos una era en la cual la creación, distribución y manipulación de la información forman parte importante de las actividades culturales, políticas y económicas de nuestra sociedad. Es por ello que las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC) son una herramienta fundamental para esta nueva sociedad en la cual el acceso a esas tecnologías se ha convertido en un derecho para la humanidad.

En estas nuevas tecnologías de la comunicación, existen ciertas técnicas que permiten la administración de distintos tipos de datos. Entre estas técnicas existe la técnica de la modulación; la cual consiste en el transporte de la información sobre una onda portadora, conocida típicamente como una onda sinusoidal. El objetivo o finalidad de la modulación es el de adaptar la señal que se va a transmitir al canal de comunicaciones que hay entre la fuente y el destinatario.

Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir, y dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos diferentes tipos de modulación.

Modulación digital

La portadora y la señal modulada son analógicas como las señales AM y FM. La modulación digital se divide dos clases:

- PSK (Phase shift keying) Codificación por cambio de fase.

- QAM (Quadrature amplitude modulation) En este caso se cambia la amplitud y fase de la portadora según la modulación/señal digital que representa los datos.

Ventajas de la modulación digital.

- Inmunidad frente al ruido.

- Fácil de multiplicar.

- Codificado, encriptación.

- Modulación-Demodulación con DSPs.

Oscilador Local Del Demodulador

La modulación digital consiste en asignar un código a cada ángulo de fase definido a partir del oscilador local de transmisión. En el demodulador se requiere un oscilador local con la misma referencia de fase a fin de decodificar la información transmitida. A este tipo de demodulación se la llama demodulación coherente y requiere muy buenas prestaciones (igual frecuencia e igual fase) al oscilador local de recepción. Con el propósito de reducir dichas exigencias se recurre a la codificación diferencial con lo que se elimina la necesidad de coherencia (igual fase). Con el Loop de Costas es posible obtener una sintonía de frecuencia precisa aunque exista una desigualdad de fase.

Codificación Diferencial

Mediante la codificación diferencial los datos no se envían en el valor absoluto de fase respecto del oscilador local de transmisión sino que se envían como la diferencia de fase con el valor anterior. En la Fig 04 se dispone del diagrama circuital del codificador diferencial para distintos tipos de modulación. Se indica el caso de 4PSK como ejemplo simple, siendo para la modulación QAM una extensión similar de los conceptos.

Supóngase un tren de datos de entrada; los datos se agrupan en conjuntos de dos bits (e1, e2) y se le asigna una fase respecto del oscilador en transmisión (es decir para 00=0°; 10=90°; 11=180°; 0=270°). Los datos de salida (s1, s2) son memorizados un intervalo de tiempo igual a un bit (s1', s2') y se suman a la entrada. La suma binaria responde en realidad a la suma angular correspondiente; por ejemplo 10+11 corresponde a 270° es decir 01. Siguiendo un ejemplo:

-Con la señal binaria de entrada 11.01.01.10.00.11.01.01.

-Se tiene la secuencia codificada 00.01.11.01.01.10.00.01

La información de entrada está contenida en la diferencia de ángulo entre la fase a transmitir (s1, s2) y la anterior (s1', s2'). La codificación diferencial produce una propagación de errores al estar la información concatenada con la anterior (debido a la realimentación en el Codec), pero permite un oscilador local no coherente. Se muestra un ejemplo de cómo se propagan errores en el decodificador (el valor resultante e1e2 se obtiene como diferencia entre los ángulos de s1s2 y s1's2'). Los valores subrayados indican la propagación (multiplicada por dos) del error inicial.

Codificación OFF-SET

Algunas veces se utiliza la codificación Off-set como medio para reducir la modulación de amplitud superpuesta a la de fase en 4PSK. Cuando existen saltos de 180° se tiene la anulación de la portadora. Para evitar esto se desplaza un tren de datos medio bit respecto del otro de acuerdo con la Fig 04. De esta manera se tienen 2 saltos cada uno de 90° para una modulación de 180°. En otras palabras, se reemplaza la anulación de la portadora por dos atenuaciones de 3 dB sucesivas.

Loop De Costas

Existen varias formas que permiten enganchar en frecuencia el oscilador local del demodulador:

-Mediante la emisión de un vestigio de la portadora caracterizado por la suma de un nivel de tensión continua en el modulador lo cual hace que el valor promedio de fases transmitidas no sea nulo.

-Mediante la emisión de una secuencia continua de bits sin aleatorizar (11..1 en el servicio TDMA de Intelsat) lo cual permite transmitir durante un cierto tiempo la portadora sin variaciones.

-Eliminando la modulación de fase mediante una oportuna multiplicación de frecuencia antes del demodulador en frecuencia intermedia (en 4PSK es producto es por 4) y

-Detectando los movimientos de fase en función de la amplitud de cada eje ortogonal de la banda base demodulada. El último método se denomina Loop de Costas y tiene la ventaja de trabajar con la señal en banda base realizándose mediante circuitos integrados.

En la Fig 05 se muestra el circuito del Loop de Costas para el demodulador 4PSK como ejemplo de funcionamiento.

Conceptualmente consiste en dividir cada cuadrante en subcuadrantes para detectar un corrimiento de la fase. A cada uno de los dos sentidos de corrimiento se le asigna un signo; el valor promedio de signos determina un corrimiento efectivo de la fase y permitirá intervenir sobre el VCO del oscilador local. Se disponen de 4 fases equi-espaciadas que luego del demodulador se convierten en niveles de tensión (-1,+1) sobre los ejes (I,Q). El valor real demodulado se denomina (a,b); si existe un corrimiento de fase relativo entre el oscilador de transmisión y recepción los valores (a,b) serán distintos a las posibilidades teóricas.

Se compara entonces el par (a,b) con los umbrales (±1,±1) para detectar un corrimiento de fase obteniéndose (a',b'). Posteriormente se compara (a,b) y (a',b') para detectar en qué sentido se tiene el corrimiento de fase y se obtiene el par de error (εa,εb). Con la Fig 05 se tiene la Tabla anexa.

El valor de error final ε es +1 si la fase se corre en el sentido del reloj y vale -1 en el sentido contrario. La señal ε es binaria y tiene la velocidad de la señal demodulada. Mediante un filtro pasa bajos se toma el valor promedio lo cual determina un corrimiento de fase real. El valor promedio se usa para corregir al Oscilador Local Controlado por Tensión VCO en recepción.

Un detector de umbral de la tensión de corrección indica cuando el oscilador se encuentra fuera de frecuencia. En tanto ocurre esto se genera una tensión rampa para variar al oscilador local en frecuencia en búsqueda de la señal de recepción. El loop de Costas permite ajustar la frecuencia del VCO pero tiene una indefinición respecto de la fase absoluta la cual hace necesario el uso de la codificación diferencial.

Características De La Modulación Digital

Filtrado Del Canal

Una particularidad del espectro en la transmisión digital es que en un instante de tiempo todo el espectro transmitido le corresponde al mismo bit (canal de información). En cambio en la transmisión analógica el espectro en cada instante lleva información de cada uno de los canales que componen la multiplexación en frecuencia FDM.

El espectro de la señal digital antes del modulador es recortado mediante un filtro pasabajos; luego del modulador se filtra mediante un filtro pasabanda. El espectro de la señal de banda base o de frecuencia intermedia consiste en una envolvente del tipo sinc f (sen f/f). El número de armónicas contenidas por la envolvente depende de la periodicidad de la señal. La separación entre ellas corresponde a la inversa del período expresado en segundos.

Cuando se limita la banda del canal el espectro transmitido se ve truncado y el pulso rectangular se extiende en el tiempo. Una señal rectangular en el tiempo tiene asociado un espectro infinito en la frecuencia; en cambio, un espectro limitado en frecuencia tiene asociada una señal no limitada en el tiempo. Se produce la interferencia intersímbolo ISI producto de la superposición de las "colas" de un pulso sobre adyacentes.

La ISI se anula cuando la frecuencia de corte W del filtro es igual a la mitad de la velocidad de transmisión

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