manual comunicaciones digitales

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PRACTICA N ro 1 TITULO : MODULACION POR IMPULSOS EN AMPLITUD (PAM) OBJETIVOS. 1. Analizar el funcionamiento del modulador PAM de muestreo natural y plano. 2. Analizar el funcionamiento del receptor PAM: Amplificador de recepción, generador de reloj y demodulador. 3. Analizar el funcionamiento de los circuitos Sample (Muestreo) y Sample&hold (Muestreo y Retención). 4. Analizar las formas de onda de las señales y la relación entre los impulsos de muestreo y la señales PAM. 5. Reconstruir la señal analogica de partida a través del filtrado. 6. Analizar el fenómeno de aliasing, efecto de la línea y del ruido en la señal MATERIALES 1. Unidad de alimentación PSU o PS1. 2. Caja de soporte de los modulos. 3. Unidad de control individual SIS1, SIS2 o SIS3 (o interruptores S). 4. Modulo de experimentación MCM30. 5. Osciloscopio. INTRODUCCION

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Page 1: Manual Comunicaciones Digitales

PRACTICA N ro 1

TITULO : MODULACION POR IMPULSOS EN AMPLITUD (PAM)

OBJETIVOS.

1. Analizar el funcionamiento del modulador PAM de muestreo natural y plano.

2. Analizar el funcionamiento del receptor PAM: Amplificador de recepción, generador

de reloj y demodulador.

3. Analizar el funcionamiento de los circuitos Sample (Muestreo) y Sample&hold

(Muestreo y Retención).

4. Analizar las formas de onda de las señales y la relación entre los impulsos de

muestreo y la señales PAM.

5. Reconstruir la señal analogica de partida a través del filtrado.

6. Analizar el fenómeno de aliasing, efecto de la línea y del ruido en la señal

MATERIALES

1. Unidad de alimentación PSU o PS1.

2. Caja de soporte de los modulos.

3. Unidad de control individual SIS1, SIS2 o SIS3 (o interruptores S).

4. Modulo de experimentación MCM30.

5. Osciloscopio.

INTRODUCCION

Una señal PAM es una señal muestreada formada por una serie de impulsos, cuya

amplitud es proporcional a la amplitud de la señal analógica. El muestreo puede ser

de tipo natural o plano. En el primer caso la señal muestreada sigue la forma de la señal

analógica ver figura 1 (c), mientras que en el segundo caso la amplitud de los impulsos

de la señal muestreada reproduce la amplitud tomada por la señal analógica en el

instante de muestreo ver figura 1 (d).

Page 2: Manual Comunicaciones Digitales

Figura 1. Señales PAM

Si la señal muestreada con una frecuencia inferior a la teórica o si para la

reconstrucción se utiliza un filtro de banda no suficientemente limitada, se verifica un

fenómeno conocido como aliasing. El fenómeno resulta evidente a través del análisis en

el cual se observa en la figura 2 que las repeticiones de S(f) no están separadas sino que

se solapan.

Figura 2.Reconstruccion de una señal analógica

Receptor PAM: Los impulsos PAM de llegada del transmisor son muestreados

por una señal de muestreo regenerada en el receptor. En el diagrama del receptor PAM

mostrado en la figura 1, la señal procedente del transmisor se amplifica y posteriormente

se aplica a dos secciones: el regenerador de los impulsos de muestreo y el demodulador

a) Señal analógica

b) Impulsos de muestreo

c) Señal PAM de muestreo natural.

d) Señal PAM de muestreo plano.

a) Espectro de la señal s(t).

b) Espectro de la señal s(t)

muestreada con frecuencia F=1.5B

c) Respuesta ideal del filtro pasa-

baja.

d) Espectro de la señal reconstruida

diferente que la de partida.

Page 3: Manual Comunicaciones Digitales

(Simple&Hold). La salida del demodulador se filtra de muestreo a través del filtro de

pasa – baja, del cual se obtiene la señal analógica demodulada.

Figura 1. Recepto PAM

De acuerdo a este bloque la señal de PAM va a ser transmitida a través de una

línea artificial, la cual es posible variar la longitud (atenuación) y la banda pasante de

-3dB (5/10/20/40/100kHz). El generador de ruido permite sumar ruido a la señal PAM,

de manera de obtener en la salida de la línea una señal PAM afectada por el ruido como

se ve en la figura 2.

Figura 2. Sistema de comunicación PAM

PRE LABORATORIO.

1. Estudiar los sistemas de comunicación PAM, modulador, demodulador, transmisión

y recepción.

2. Investigue la teoría de muestreo natural y plano para modulación PAM.

3. Reconstrucción de una señal analógica.

Page 4: Manual Comunicaciones Digitales

4. Fenómeno de Aliasing.

5. Respuesta a un ancho de banda suficiente e insuficiencia de ancho de banda.

6. Definición y características de la transmisión fónica.

ACTIVIDADES DE LABORATORIO

EXPERIENCIA No. 1.- Modulador PAM de muestreo natural

Seguir Instrucciones del software:

1. Que afirmación se puede hacer con respecto a la señal obtenida en la modulación

PAM.

EXPERIENCIA No. 2.- Modulador PAM d muestreo plano

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar la forma de onda de la señal analogica de entrada TP1.

2. Observar los impulsos de muestreo en TP5.

3. Analizar la forma de onda de la salida en (TP7).

4. Observar la señal PAM de salida en (TP11).

EXPERIENCIA No. 3.- Reconstrucción de la señal mediante filtrado

Seguir Instrucciones del software:

1. Que parámetros cambian en la señal reconstruida.

2. Analizar la forma de onda de la señal reconstruida en TP21

EXPERIENCIA No. 4.- Fenómeno de Aliasing

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar la señal analogica transmitida en TP4, los impulsos de muestreo TP6 y

la señal PAM en TP11.

2. Cual es la forma de onda obtenida en TP21 y que observa.

EXPERIENCIA No. 5.- Regenerador de los impulsos de muestreo

Seguir Instrucciones del software:

Page 5: Manual Comunicaciones Digitales

1. Cuanto vale la ganancia del amplificador de recepción.

2. Cual es la forma de onda obtenida en TP17.

3. Analizar la forma de onda en la salida (TP14).

4. Analizar la señal PAM de la salida del amplificado (TP15) y (TP18).

5. Concluir sobre el proceso de regeneración.

EXPERIENCIA No. 6.- Demodulador y Filtro de recepción

Seguir Instrucciones del software:

1. Mantener parámetros constantes.

2. Cual es la forma de onda obtenida en TP20.

3. Analizar la forma de onda de la salida del filtro de recepción (TP21).

4. Observar la señal analógica transmitida en (TP1).

EXPERIENCIA No. 7.- Efecto del ruido sobre la señal demodulada y el regenerador de

reloj

Seguir Instrucciones del software:

3. Mantener parámetros constantes.

1. Cual es la forma de onda obtenida en (TP11 y TP14).

2. Observar como el ruido varia la amplitud de la señal de escalón (TP20).

3. Observar la señal analógica de reloj regenerada en (TP17).

EXPERIENCIA No. 8.- Efecto de la banda del canal de comunicación

Seguir Instrucciones del software:

3. Mantener parámetros constantes.

4. Cual es la forma de onda obtenida en (TP11 y TP14).

1. Analizar la forma de onda en la salida del demodulador y del filtro de recepción

(TP20 y TP21).

2. Observar que sucede al estrecharse la banda.

EXPERIENCIA No. 9.- Transmisión fónica

Seguir Instrucciones del software:

Page 6: Manual Comunicaciones Digitales

1. Mantener parámetros constantes.

2. Que sucede con la señal recibida al variar: Fase del impulso de muestreo de

recepción, ruido, banda pasante y atenuación de línea.

Page 7: Manual Comunicaciones Digitales

PRACTICA N ro 2

TITULO DE LA PRÁCTICA: MODULADOR Y RECEPTOR PWM/PPM.

OBJETIVOS.

1. Analizar el funcionamiento del modulador PWM y las formas de onda de las

señales.

2. Describir la generación de la señal PPM a partir de la sena PWM y analizar las

formas de onda de las señales.

MATERIALES

1. Unidad de alimentación PSU o PS1.

2. Caja de soporte de los modulos.

3. Unidad de control individual SIS1, SIS2 o SIS3 (o interruptores S).

4. Modulo de experimentación MCM30.

5. Osciloscopio.

INTRODUCCION

Una Señal PWM es una señal de impulsos en la cual el ancho de los impulsos es

proporcional a la amplitud de la señal analógica moduladora. La señal PWM se puede

utilizar también para la generación de la señal PPM, esta es una señal de impulsos en la

cual la posición de impulsos es proporcional a la amplitud de la señal analógica

moduladora. Los impulsos PPM son generados por los flancos de bajada de los impulsos

PWM, en la siguiente figura se ven las diferentes formas de onda.

Page 8: Manual Comunicaciones Digitales

Figura 1. Señales PWM/PPM

Modulador PWM

El modulador consta de una señal comparadora, la cual compara las amplitudes

de:

Una señal PAM obtenida muestreando la señal analógica de entrada.

Una señal de rampa síncrona con los impulsos de muestreo.

Modulador PPM

La señal se obtiene de la señal PWM generando impulsos de duración fija en

correspondencia con los flancos de subida de la señal PWM. Se obtiene de esta forma

una serie de impulsos cuya posición depende de la señal analógica de entrada. En la

siguiente figura se puede ver el proceso por el cual pasan las formas de onda del

modulador.

Figura 2. Formas de onda del modulador PWM/PPM

Page 9: Manual Comunicaciones Digitales

Al igual que la señal PAM, también las señales PWM y PPM pueden

demodularse utilizando un filtro de paso-bajo (ver figura 1); en efecto, el ancho de

medio de los impulsos PWM y la posición media de la impulsos PPM son

proporcionales a la amplitud de la señal analógica moduladora. El filtro de paso-bajo

extrae esta componente de las señales moduladora. El filtro de pasa-bajo extrae esta

componente de las señales PWM/PPM y proporciona una señal demodulada

correspondiente a la señal moduladora de partida.

Figura 1. Demodulador PWM/PPM

Este método de demodulación (directo) puede utilizarse tanto para el PWM como

para el PPM, pero en el caso del PPM la señal demodulada será de amplitud muy baja ya

que los impulsos PPM son muy afectados y están muy distanciados entre si. Una

demodulación mas eficaz que el PPM re realiza convirtiendo la señal en una señal PWM

y filtrándola posteriormente con el filtro de pasa-bajo (ver figura 2).

Figura2. Demodulador PWM de conversión.

PRE LABORATORIO.

1. Estudiar modulación PWM y PPM.

2. Forma de onda del modulador PPM y PWM.

3. Estudiar teoría de conversión PPM/PWM.

4. Demodulacion PWM y PPM

Page 10: Manual Comunicaciones Digitales

ACTIVIDADES DE LABORATORIO

EXPERIENCIA No. 1.- Modulador PWM

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar la forma de onda de la señal analógica de entrada (TP1) y (TP4).

2. Observar la señal en (TP7) y compararla con (TP8).

3. Analizar la señal PWM de entrada en (TP10).

EXPERIENCIA No. 2.- Modulador PPM

Seguir Instrucciones del software:

1. Mantener parámetros constantes.

2. Analizar la forma de onda de la señal analógica en entrada (TP1) y (TP5).

3. Observar la señal en (TP7) y compararla con (TP8).

4. Analizar la señal de salida en (TP9) y (TP10)

EXPERIENCIA No. 3.- Demodulador PWM

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar la forma de onda de la señal en la salida del filtro de recepción (TP21).

2. Observar la señal en (TP1) y compararla con (TP21).

EXPERIENCIA No. 4.- Demodulador PPM

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar las señales en (TP5).

2. Analizar las señales en (TP10).

3. Analizar las señales en (TP17).

4. Analizar las señales en (TP19).

5. Definir como son usadas esas salidas por el demodulador.

EXPERIENCIA No. 5.- Demodulador PPM de conversión

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar las señales en (TP10).

Page 11: Manual Comunicaciones Digitales

2. Analizar las señales en (TP14).

3. Analizar las señales en (TP15).

4. Analizar las señales en (TP16).

5. Analizar las señales en (TP19).

6. Analizar las señales en (TP20).

7. Definir como son usadas esas salidas por el demodulador PPM de conversión.

EXPERIENCIA No. 6.- Regular fase (Phase Adj)

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar las señales en (TP19).

2. Analizar las señales en (TP16).

3. Analizar las señales en (TP20).

4. Analizar las señales en (TP21).

5. Definir como son usadas esas salidas por el demodulador PPM de conversión.

6. Explique en que consiste la regulación de fase

EXPERIENCIA No. 7.- Demodulador PPM directo

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar la señal detectada en la salida del filtro (TP21) y compararla con la

salida del demodulador d conversión anterior.

Page 12: Manual Comunicaciones Digitales

PRACTICA N ro 4

TITULO DE LA PRÁCTICA: MULTIPLEXACION POR DIVISION EN EL

TIEMPO (TDM) / CODEC & PCM/TDM

OBJETIVOS.

1. Introducir los conceptos generales sobre la múltiplexación TDM.

2. Analizar las formas de un receptor PAM de2 canales.

3. Analizar el efecto de la línea y del ruido sobre la conexión.

4. Describir un sistema de comunicación realizado con un CODEC y analizar sus

características de funcionamiento.

5. Analizar las codificaciones PCM realizadas con ley A y ley µ.

6. Analizar el funcionamiento de un sistema de comunicación PCM de 2 canales.

MATERIALES

1. Unidad de alimentación PSU o PS1.

2. Caja de soporte de los modulos.

3. Unidad de control individual SIS1, SIS2 o SIS3 (o interruptores S).

4. Modulo de experimentación MCM30.

5. Osciloscopio.

INTRODUCCION

Se sabe que a través del teorema de muestreo una señal analógica s(t) puede

convertirse en una serie de impulsos extrayendo los valores instantáneos de tensión en

intervalos constantes iguales T=1/2fM siendo fM frecuencia máxima de la señal s(t)

como se observa en la figura 1.

Figura1. Señal muestreada

Page 13: Manual Comunicaciones Digitales

Utilizando los valores muestreados en lugar de la señal s(t) se hace disponible

amplios espacios libres en el eje de tiempos, espacios que pueden rellenarse con

muestras procedentes de otras señales . Se realiza de esta forma la multiplexación TDM

de señales PAM como puede verse en la siguiente figura 2.

Figura 2. Señales analógicas, muestreadas y TDM

A continuación, para poder separar correctamente en recepción las diversas

muestras, deberá transmitirse también una señal de sincronismo (sincronismo de trama)

intervalada a las muestras; por consiguiente, en el interior del intervalo T (que separa

dos muestras sucesivas procedentes de la misma señal) se colocarán las muestras

procedentes de las N señales más la señal de sincronismo.

El conjunto constituido por el sincronismo y las muestras procedentes de las

diferentes señales se llama Trama. Obsérvese que la trama tiene una duración igual al

intervalo de muestreo T y que el tiempo Ts asignado a cada muestra en el interior de la

trama será inversamente proporcional al número de los canales a transmitir. Ts

comúnmente se denomina Time Slot (intervalo de tiempo).

En el caso de la transmisión TDM de N señales telefónicas y considerando que el

espacio reservado a una muestra se ocupe con el sincronismo, se tienen los siguientes

valores:

fM = 4 KHz frecuencia máxima del canal telefónico (banda bruta)

Page 14: Manual Comunicaciones Digitales

T = 1 / 2 FM = 125µs intervalo de muestreo (duración de la trama)

Ts = T / (N+1) = 41.7µs intervalo de tiempo asignado a cada muestra (Time Slot),

41.7µs para N = 2.

F = 1 / Ts = 24 KHz frecuencia de impulsos TDM, 14 KHz para N = 2.

PRE LABORATORIO.

1. Estudiar cual es a frecuencia máximo de un canal telefónico.

2. Estudiar la duración de una trama para un canal telefónico.

3. Cual es el intervalo de tiempo asignado a cada muestra.

4. Cual es la frecuencia de impulsos TDM para N=2.

5. Teoría sobre transmisores y moduladores PAM/TDM

6. Sincronismo de trama.

8. Sistemas de comunicación PAM/TDM de 2 canales.

9. Sistemas de comunicación CODEC.

10. Elementos principales del sistema CODEC.

ACTIVIDADES DE LABORATORIO

EXPERIENCIA No. 1.- Transmisor PAM/TDM

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar en TP6 y en TP3 los impulsos de muestreo.

2. Observar la señal en (TP11).

3. Como son llamadas las señales obtenidas en estos puntos.

EXPERIENCIA No. 2.- Receptor PAM/TDM

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar las formas de onda en la salida de la línea (TP14) y en la salida del

amplificador de recepción (TP15).

Page 15: Manual Comunicaciones Digitales

2. Analizar la señal PAM/TDM en la salida del amplificador (TP15) y los impulsos

de muestreo regenerados salientes en (TP18 y TP19).

3. Analizar las formas de onda de la señal PAM/TDM en la entrada de los

demoduladores (TP15) y las señales en las salidas de los demoduladores (TP20 y

TP22).

4. Analizar las formas de onda de las señales en la salida de los filtros de recepción

(TP21/TP23) y verificar su correspondencia con las señales analógicas

transmitidas (TP1/TP2).

EXPERIENCIA No. 3.- Sistema de Comunicación PCM con CODEC/ Ley A y µ

Seguir Instrucciones del software:

1. Observar que ciertas configuraciones de bit se repiten tras cada 8 impulsos de

sincronismo, diga ¿Porque?

2. Observe la señal obtenida después de usar la ley A y la ley µ.

3. ¿Qué observa en TP63?

4. ¿Cuál es la velocidad (signaling rate) de la señal PCM-TDM analizada en TP63?

5. ¿Observe la señal en TP64 y TP65 y que puede afirmar?

EXPERIENCIA No. 4.- Sistema de Comunicación PCM - TDM de dos canales

Seguir Instrucciones del software, observar las graficas en los puntos indicados,

responder las preguntas formuladas con sus respectivas justificaciones y realizar las

conclusiones pertinentes al Sistema de Comunicación PCM - TDM de dos canales

EXPERIENCIA No. 5.- Conmutación Temporal

Seguir Instrucciones del software, observar las graficas en los puntos indicados,

responder las preguntas formuladas con sus respectivas justificaciones y realizar las

conclusiones pertinentes a la conmutación temporal

Page 16: Manual Comunicaciones Digitales

PRACTICA N ro 5

TITULO DE LA PRÁCTICA: PCM LINEAL

OBJETIVOS.

1. Conceptos generales sobre la modulación PCM.

2. Describir las diferencias formas de codificación PCM.

3. Analizar el funcionamiento del codificador PCM lineal de 8 bits y del

decodificador PCM lineal de 8bits.

4. Trazar la curva d cuantificación y verificar la ley de codificación.

5. Analizar el diagrama de ojo.

6. Verificar la cantidad de transmisión fónica al variar las características del canal

MATERIALES

1. Unidad de alimentación PSU o PS1.

2. Caja de soporte de los modulos.

3. Unidad de control individual SIS1, SIS2 o SIS3 (o interruptores S).

4. Modulo de experimentación MCM30.

5. Osciloscopio.

MARCO TEORICO

Es sabido que a través del Teorema de muestreo que una señal analógica s(t)

puede convertirse en una serie de impulsos extrayendo los valores instantáneos de

tensión en intervalos constantes iguales a T = 1/(2fM), con fM frecuencia máxima de la

señal s(t). Se obtiene de ésta forma la señal PAM. Ver la figura siguiente:

Figura 1. Muestreo. Obtención de señal PAM

Page 17: Manual Comunicaciones Digitales

Con la técnica PCM, la información de amplitud contenida en cada muestra PAM

se convierte en un valor binario de longitud fija. La Fig 02 presenta un diagrama de

bloques simplificado de un sistema de comunicación PCM de un canal.

Figura 2. Sistema de Comunicación PCM de un canal.

La señal analógica de entrada pasa a través de un filtro de paso-baja anti-aliasing

y llega al muestreador. El cuantificador sucesivo realiza la atribución de los impulsos,

cuyas amplitudes están comprendidas dentro de cierto intervalo ΔV, que corresponde a

un único valor de tensión bien determinado. Ver Fig 03; a continuación, se aplica la

señal cuantificada a un convertidor A/D que realiza la codificación binaria de cada

impulso. La salida paralelo del A/D es transformada en serie por el convertidor

paralelo/serie sucesivo. Cada bit se representa en forma NRZ, o sea con un nivel de

tensión positiva (1) o nula (0). La duración de cada bit es igual al período de trama T

dividido por el número n de bits con el cual se lleva a cabo la conversión A/D. La

velocidad de transmisión de los bits serie será igual a V = 1/Tbit bits/s.

La señal PCM serie se transmite a través del canal de transmisión (cable

metálico, fibra óptica, radioenlace, etc) y llega a un convertidor serie/paralelo, cuya

palabra digital de salida es convertida en un valor analógico por el convertidor D/A

sucesivo. La salida del convertidor es una señal escalón que aproxima la señal analógica

de partida. El filtro de paso – baja siguiente limpia la señal y proporciona la forma de

onda de partida. Ver la figura siguiente:

Page 18: Manual Comunicaciones Digitales

Codificador:

Figura 1. Señal analógica muestreada y codificada

La señal analógica de entrada de la figura 1 (a) pasa a través de un filtro pasa-

bajo de 3.4 kHz (filtro anti-aliasing) y llega al muestreador (Simple&Hold). La

frecuencia de muestreo es de 8kHz. La señal muestreada de la figura 1 (c) se aplica a un

convertidor A/D que realiza una codificación por 8 bits. La salida paralelo de A/D es

transformada en serie por el convertidor paralelo/serie sucesivo. Considerando la

frecuencia de muestreo fs y el numero N de bits por muestra, la velocidad de transmisión

de bits PCM resulta igual a v=N*fs.

Page 19: Manual Comunicaciones Digitales

Durante la codificación diferencial, una etapa restauradora realiza la diferencia

entre la señal y su predicción reconstruida en base a la última muestra. La diferencia es

convertida por un convertidor A/D de 8 bits (El S&H que lo precede sirve sólo para

mantener fijo el nivel de señal durante la fase de conversión). La salida paralela del A/D

es transformada en serie por el convertidor paralelo/serie sucesivo y los bits obtenidos de

esta forma son transmitidos. La predicción de la señal y el proceso de decodificación de

la señal se n realizarán igualmente en el laboratorio.

PRE LABORATORIO.

1. Conceptos generales de muestreo y cuantificación.

2. Cuantificación lineal y Ruido de cuantificación.

3. Codificación lineal y diferencial.

4. Sistema PCM con compresión analógica.

5. Interferencia entre símbolos.

6. Diagrama de ojo.

7. Conceptos generales de codificación, canal de transmisión y decodificación.

8. Formas de onda de un decodificador.

9. Influencia del canal y del ruido.

ACTIVIDADES DE LABORATORIO

EXPERIENCIA No. 1.- Sistema PCM

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar la señal de salida del sistema PCM lineal.

2. Analizar las formas de onda del codificador.

3. Observar las señales obtenidas en TP37, TP38 y TP39

4. Analizar el diagrama de ojo obtenido en TP40.

5. Observar la señal recibida en TP21.

6. Escuchar la señal recibida al conectar TP29 y TP30.

EXPERIENCIA No. 2.- Codificador PCM diferencial

Seguir Instrucciones del software:

Page 20: Manual Comunicaciones Digitales

1. Analizar las señales en (TP31)

2. Analizar las señales en (TP32)

3. Analizar las señales en (TP34)

4. ¿Qué puede afirmarse de las formas de onda obtenidas?

5. ¿Qué sucede con la señal en TP34?

6. Analizar las señales en TP30, TP31 y TP32 luego de variar el potenciómetro DC

OUT. (Osciloscopio en DC).

EXPERIENCIA No. 3.- Circuitos de línea y Decodificador.

Seguir Instrucciones del software:

1. Analizar las señales en TP37, TP38, TP39 y TP40.

2. Analizar las señales en TP44, TP45, TP46 y TP21.

Observaciones: Se debe analizar cada una de las señales antes descritas cuando se está

trabajando en los circuitos de línea correspondientes. Ej: Diagrama de ojo, elemento de

decisión y en el decodificador y filtro de recepción.