sistema de comunicación digital -...

1

Sistema de Comunicación Digital

fuente deinformación

Transductorde entrada

Codificadorde Fuente

ModuladorDigital

Codificadorde Canal

Canal

Transductorde salida

Decodificador de Fuente

DemoduladorDigital

Decodificadorde Canal

informaciónde salida

Canal Telefónico, Satélite,Ionosférico, Fibra Óptica,

etc…Señal en Banda Base

Voz, Fax, Televisión, PC

Señal Modulada

2

ruido, atenuación,retardo, restricción deancho de banda, rango

de frecuencias diferentea la señal digital

Transmisión en canal Paso Banda:

el canal no permite la transmisión directa de la señal

eléctrica que representa los datos, usualmente presenta

un rango de frecuencias diferente a la señal digital y/o

una restricción del ancho de banda disponible

señaleléctrica

moduladainformacióndigitalbinaria

MODULADOR(ADECÚA LA

DENSIDAD ESPECTRALDE LA SEÑAL DIGITAL)

CONVERTIDOR DEVALORES LÓGICOS A

SEÑAL ELÉCTRICA

RX

DEMODULADOR(REGRESA AL ORIGEN LA

DENSIDAD ESPECTRALDE LA SEÑAL DIGITAL) señal

eléctricamodulada

REGENERACIÓN DESEÑAL ELÉCTRICA Y

CONVERSIÓN AVALORES LÓGICOS

PROCESAMIENTOPARA AUMENTAR LA

EFICIENCIA DE LATRANSMISIÓN

PROCESAMIENTOINVERSO

PARA EFICIENTAR LATRANSMISIÓN

Canal

informacióndigitalbinaria

TXseñal

eléctrica

señaleléctrica

Transmisión de Datos en Canal Paso Banda

Transmisión de Información SEÑAL COMPLEJA

3

Procesos Básicos de Modulación Digital

( )tS p

t

( )tS PSK

t

( )tS FSK

t

( )tS ASK

t

0 1 0 0 1 0t

( )td

Modulación por

Conmutación de Amplitud

OOK-ASK

Modulación por

Conmutación de

Frecuencia FSK

Modulación por

Conmutación de Fase

PSK

Señal Portadora

Analógica

Información Digital

Binaria

Esquemas de Modulación (Ⅰ)

� Modulación de onda continua

Una señal sinusoidal se usa como portadora.

� Modulación en amplitud (AM):

La amplitud de la portadora varía con la señal mensaje.

� Modulación angular :El ángulo de la portadora varía con la señal mensaje.

• Modulación en frecuencia (FM).

• Modulación en fase (PM).

4

Esquemas de Modulación (Ⅱ)

�� Modulación por pulsos analógicosModulación por pulsos analógicos:

La portadora consiste en una secuencia periódica de pulsos rectangulares

� Modulación por amplitud de pulsos (PAM)

� Modulación por duración de pulsos (PDM)

� Modulación por posición de pulsos (PPM)

�� Modulación por codificación de pulsos:Modulación por codificación de pulsos:Es esencialmente como PAM pero la amplitud de los pulsos es

cuantizada y representada por un patrón binario.

Esquemas de Multiplexación

�� MultiplexaciónMultiplexación:

Multiplexación es el concepto de combinar diferentes señales mensaje para

su transmisión simultánea sobre un canal.

� Multiplexación por división en frecuencias (FDM)La modulación de onda continua se usa para trasladar cada una de las

señales mensaje a un rango diferente de frecuencias.

� Multeplexación por división en el tiempo (TDM)La modulación por pulsos se usa para muestras de diferentes mensajes

en intervalos de tiempo no solapados.

5

Modulación por Conmutación de Amplitud (ASK)

=

==

1)(,cos

0)(,cos)(

2

1

tdtA

tdtAtS

p

p

ASK ωω

tAptdtS

entoncesApAyASi

tAtdtAtdtS

pASK

ppASK

ω

ωω

cos)()(

:0

cos)(cos)()(

21

21

=

==

+=

)(td representa la negación lógica de d(t)

0 1 0 0 1 0

( )tS p

t

( )tS ASK

t

t

( )td

t

Análisis Espectral de la Modulación ASK

0 1 0 0 1 0( )

NRZtd

f

( )fD

( )tS p

t

( )tS ASK

t

f

( )fSP

f

( )fSASK

bT1

bT1−

bTpf 1+

bTpf 1−

pf

pf

*

dT

1

ASKf2)(2BW

b

==

bT

df2

* Considerando una señal de datos codificada en NRZ

6

Seleccionando la salida de acuerdo al valor de la señal de información.

* Si A1

= 0 esta entrada es 0.

Generación de la Modulación ASK

( )td

tp

ωcos

X

MOD ASK

Multiplicación directa de la información d(t) por la señal portadora.

0

1

( )td

*

1cos tA

pω

tAp

ωcos2

MOD ASK

( )tSASK

( )tSASK

Detección de la Modulación ASK

( )td

tp

ωcos

mcωω <

Eliminando los ciclos positivos (rectificando) y obteniendo el valor promedio (Vp) de la señal:

Vp diferente de cero = 1 lógico, Vp igual a cero = 0 lógico.

DEM ASK

( )td

tp

ωcos

Xpcm ωωω <<

DEM ASK

Modulando nuevamente y filtrando para obtener la señal en su banda base.

( )tS ASK

( )tSASK

7

PAM (Pulse Amplitude Modulated) ≈ ASK (Ⅰ)

De manera equivalente a lo visto anteriormente, se puede decir de la ASK:

( ) ( )[ ] ( ) ( )tf2costgAetgAREtscm

tf2j

mmc ππ ==

donde:

• Se supone que el la tasa de bits de la fuente es R bits/s.•Am representa conjunto M amplitudes (M=2k) correspondientes a los Mposibles k-bits bloques de símbolos•Am = (2m-1-M)d con m=1..M•La distancia entre dos amplitudes adyacentes es 2d•El symbol/rate = R/k

SE VERIFICA:• Intervalo de BIT ► Tb = 1/R•Intervalo de SÍMBOLO ► T = k/R=k·Tb

PAM (Pulse Amplitude Modulated) ≈ ASK (Ⅱ)

La ENERGIA de la SEÑAL:

( ) ( )g

2

m

T

0

22

m

T

0

2

mmEA

2

1dttgA

2

1dttsE === ∫∫

donde:• Eg = Energía del pulso g(t) (Normalmente cuadrado)

La DISTANCIA Euclídea de dos señales es:

( ) ( ) nmE2dAAE2

1ssd

gnmg

2

nm

e

mn−=−=−=

La MÍNIMA DISTANCIA Euclídea que estará ente amplitudes adyacentes:

( )g

e

minE2dd =

8

PAM (Pulse Amplitude Modulated) ≈ ASK (Ⅲ)

La Espectro de la Señal Modulada se corresponde a una modulación DBL que usa:

BW=2*(1/Tb)

La Espectro de la Señal Modulada se puede REDUCIR a LSB o USB

La REPRESENTACION en el Espacio de la Señal es:

Breve Repaso de Códigos de Línea

Canalinformación

digitalbinaria

CONVERTIDOR DEVALORES LÓGICOS A

SEÑAL ELÉCTRICA

informacióndigitalbinaria

TX

REGENERACIÓN DESEÑAL ELÉCTRICA Y

CONVERSIÓN AVALORES LÓGICOS

RX

Para la transmisión de información digital es necesario representar

ésta a través de una señal.

A las diversas formas en que puede representarse la información

digital como señales se les denomina Códigos de Línea.

señaleléctrica

1 1 0 1 0 0 1

9

t

t

Códigos de Línea

1 1 0 1 0 0 1( )td

No Regreso a Cero

Regreso a Cero

Manchester

Regreso a Polaridad

Regreso a Cero Bipolar con

Inversión Alterna de Marca

Miller

t

t

t

t

)( tdNRZ

)( tdRZ

)( tdRB

)( tdAMI

)( tdMAN

)( tdMILLER

Información Digital Binaria

Características de los Códigos de Línea

Capacidad de detección

de errores

Inmunidad al ruido

Densidad espectral de

potencia

Ancho de banda

Transparencia

Autosincronización Contenido suficiente de señal de temporización (reloj) que

permita identificar el tiempo correspondiente a un bit.

La definición del código incluye el poder detectar un error

y, en ocasiones, corregirlo.

Capacidad para detectar adecuadamente el valor de la

señal ante la presencia de ruido –baja probabilidad de

error-

Igualación entre el espectro de frecuencias de la señal y la

respuesta en frecuencia del canal de transmisión.

Contenido suficiente de señal de temporización (reloj) que

permita identificar el tiempo correspondiente a un bit.

Independencia de las características del código en

relación a la secuencia de unos y ceros que se transmita.

10

Código Nó Regreso a Cero (NRZ) I

1 1 0 1 0 0 1( )td

No Regreso a Cero t

)( tdNRZ


)()(2

22 bT

bNRZSincTAD

ωω =

bTdBB 44.0

3≈−

0bT

1

bT

2

bT

1−bT

2−

Código Nó Regreso a Cero (NRZ) II


de errores

Inmunidad al ruido


potencia

Transparencia

Autosincronización No contiene señal de temporización

No permite detectar errores

En función de la diferencia de voltajes

Alto contenido de energía cercano a 0.

El 95 % de la potencia se encuentra en las frecuencias

menores a la frecuencia de los datos.

Puede considerarse que la máxima frecuencia de la señal

es fd

como criterio para limitar su ancho de banda.

El valor promedio de la señal y la posibilidad de detectar

el inicio de un bit dependen del contenido de 1´s y 0´s

11

Código Regreso a Cero (RZ) I

1 1 0 1 0 0 1( )td

Regreso a Cero t

)( tdRZ


0bT

1

bT

2

bT

1−bT

2−

∑+∞=

−∞=

−∂+=n

n

T

nnATTA

RZb

bbSincSincD )()()()(

2

2

2

84

2

16

22 πππω ωω

bTdBB 88.0

3≈−

Código Regreso a Cero (RZ) II


de errores

Inmunidad al ruido


potencia

Transparencia

Autosincronización Si contiene señal de temporización


En función de la diferencia de voltajes

Alto contenido de energía cercano a 0.

Doble ancho de banda que NRZ.

Puede considerarse que la máxima frecuencia de la

señal es 2fd

como criterio para limitar su ancho de

banda.

El valor promedio de la señal y la posibilidad de detectar

el inicio de un bit dependen sólamente del contenido de

0´s

12

Código Regreso a Polaridad (RB) I

1 1 0 1 0 0 1( )td

Regreso a Polaridad t

)( tdRB


0bT

1

bT

2

bT

1−bT

2−

)()(4

2

4

2

bb TTA

RBSincD

ωω =


de errores

Inmunidad al ruido


potencia

Transparencia



Mayor inmunidad al ruido al emplear voltajes positivos y

negativos.

No tiene contenido de energía cercano a 0.

Mayor ancho de banda que NRZ.

Se mantiene la autosincronización con independencia de

los valores de la información.

Código Regreso a Polaridad (RB) II

13

Código AMI I

1 1 0 1 0 0 1( )td

Regreso a Cero Bipolar con

Inversión Alterna de Marcat

)( tdAMI


0bT

1

bT

2

bT

1−bT

2−

)()()(2

2

4

2

4

2

bbb TTTA

BRZsenSincD

ωωω =

bTdBB 71.0

3≈−


de errores

Inmunidad al ruido


potencia

Transparencia


Permite detectar cierto tipo de errores


negativos.


Menor ancho de banda que RB.

El valor promedio de la señal depende del número de 0’s.

La autosincronización se pierde si se transmite una gran

cantidad de 0’s, sin embargo puede emplearse un tipo de

codificación de los datos que lo evita, por ejemplo, HDB3

(señalización bipolar 3 de alta densidad) en donde se

reemplazan secuencias de más de tres ceros consecutivos

port algún valor conocido.

Código AMI II

14

t

Código Manchester I

1 1 0 1 0 0 1( )td

Manchester )( tdMAN


0bT

1

bT

2

bT

1−bT

2−

)()()(4

2

4

22 bb TT

bMANCHESTERsenSincTAD

ωωω =

bTdBB 16.1

3≈−


de errores

Inmunidad al ruido


potencia

Transparencia


Permite detectar cierto tipo de errores


negativos.


Doble ancho de banda que AMI.

La autosincronización se mantiene independientemente del

valor de la información.

Código Manchester II

15

Generación del Código NRZ

1 1 0 1 0 0 1( )td

No Regreso a Cero t

)( tdNRZ


0

Cero

>=

>=0Signo(x)

+-

Resta0.5

-0.5

1

out_1

1

in_1

SISTEMA EQUIVALENTE

CODIF. NRZ

Señal de OOK

Generación de la Modulación ASK con Simulink

Señal de ASK

Señal Entrada

16

Generación de la Modulación OOK con Simulink

Señal Modulada

0 0.2 0.4 0.6 0.8

-0.5

0

0.5

1Time history

Time (secs)

500 1000 1500 2000 2500 3000

10

20

30

40Power Spectral Density(phase)

Frequency (rads/sec)

500 1000 1500 2000 2500 3000-15000

-10000

-5000

0


Señal de OOK

Generación de la Modulación ASK con Simulink

Señal Modulada

Señal de ASK

0 0.2 0.4 0.6 0.8

-1

0

1

Time history

Time (secs)

500 1000 1500 2000 2500 3000

50

100

150

Power Spectral Density(phase)


500 1000 1500 2000 2500 3000-15000

-10000

-5000

0


17

Modulación por Conmutación de Frecuencia (FSK)

==

=1)(,cos

0)(,cos)(

2

1

tdtAp

tdtAptS

FSK ωω

[ ]( )dttdtdAptSpFSK ∫ ∆+∆−= ωωω )()(cos)(

ωωωω ∆−∆+= )()()( tdtdtpp

ωωωωωω

∆+=

∆−=

p

p

ty

tcon

)(

)(

2

1

tAptdtAptdtSFSK 21

cos)(cos)()( ωω +=

0 1 0 0 1 0

( )tS p

t

t

( )td

( )tS FSK

t

ó

t

Análisis Espectral de la Modulación FSK

0 1 0 0 1 0( )NRZtd

f

( )fD

t f

bT

1

bT

1−

1f

)(2dFSKffAB +∆=

t f2

f

pf

pf

t f2

fp

f1

f

)(1

tSASK

)(2tS

ASK

)(tSFSK

)(1 fSASK

)(2 fSASK

)( fSFSK f∆2

df

df

bT

18

Generación de la Modulación FSK

( )tdtA

p 1cos ω

MODASK

tAp 2cos ω

MODASK

+

0

1

( )td

tAp 1cosω

tAp 2cosω

( )tSFSK

MOD FSK

MOD FSK

( )tSFSK

Seleccionando como salida la señal portadora con

la frecuencia deseada de acuerdo al valor de la

señal de información.

Produciendo dos modulaciones

ASK, cada una de ellas a una de las

frecuencias deseadas ω1

y ω2.

tp

ωcos

MODFM

( )td ( )tSFSK

MOD FSK

Empleando un modulador en frecuencia,

FM, con feecuencia central ωp y desviación

de frecuencia ∆ω=(ω1−ω2 ) /2.

Generación de la Modulación FSK con Simulink

0

Cero

0

Offset FSK Modulación FSK (1)

f(u)

cos(x)-K-

wc

12:34

Reloj(tiempo t)

+++

Suma FSK

1/s

Integrador

-K-

kf

Comparador FSK Modulación FSK (2)

Señaloriginal

Secuenciade bits NRZ

Señalportadora

(fc2)Señal

portadora

Señal FKS - 1 Señal FKS - 1

19

Detección de la Modulación FSK

t1

cosω

DEMASK

tp

ωcos

1ωω =

o

( )td

t2

cosω

DEMASK

2ωω =

o

+DEMFM

( )td( )tSFSK

( )tSFSK

DEM FSK

DEM FSK

Empleando un demodulador en

frecuencia, FM.

Separando las dos modulaciones ASK y

demodulándolas a su frecuencia particular.*

* Sólo es válido si la desviación de

frecuencia ∆ω es suficientemente grande.

Demodulación FSK con Simulink

Señal Modulada Señal

RECUPERADA

Señal ORIGINAL

f(u)

Comparador

Detectorenvolvente (2)

Señalrecuperada

-+

Resta

Detectorenvolvente (1)

Filtro paso banda(fc2)

Filtro paso banda(fc1)

Señalmodulada

Señaloriginal

Señalportadora

(fc2)

Señalportadora

(fc1)

Modulador FSKNRZSecuenciade bits

Demodulador de FSK con Detector de Envolvente

sistema de comunicación digital -...

Documents