trabajo de investigacion 1
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FUNDACIN UNIVERSITARIA MANUELA BELTRAN
FACULTAD DE INGENIERAS PROGRAMA INGENIERA ELECTRNICA
MOULACION Y DEMODULACION PCM
Jessica Marcela Linares Snchez Cd. 1022364085
RESUMEN
El objetivo principal de la
experiencia es el diseo e
implementacin de la electrnica de
un sistema de transmisin digital de
seales de audio mediante
modulacin por codificacin de
pulsos (PCM).
INTRODUCCION
Se presentara el diseo e
implementacin de la electrnica de
un sistema de transmisin digital de
seales de audio basado en la
modulacin por codificacin de
pulsos (PCM), se definirn
conceptos como :
acondicionamiento de seal,
cdigos de lnea, muestreo de
seales, conversin
analgica/digital y digital/analgica,
modulacin/demodulacin y
circuitos de sincronizacin, se
realizara el diseo e implemantacion
de los tres elementos bsicos que
conforman un sistema de
transmisin digital en banda base: el
sistema transmisor, el sistema
receptor y la electrnica encargada
de llevar a cabo el sincronismo de
smbolo y de trama, que comparten
tanto el sistema transmisor como el
receptor.
El sistema transmisor est formado
por dos bloques: el bloque de
formato, cuya funcin consiste en
proporcionarle un carcter digital a
la seal de audio suministrada por
un micrfono y su circuito
acondicionador, y el modulador,
cuya misin es conformar los pulsos
que sern enviados al canal.
Debido a que la informacin
suministrada por el micrfono y
acondicionador tiene carcter
analgico, en el bloque de formato
se deber efectuar un proceso de
conversin analgica a digital, en el
que se ha optado por codificar las
muestras de la seal con ocho bits.
Con la idea de realizar el
sincronismo de trama se ha utilizado
uno de los procedimientos ms
sencillos, insertar una palabra clave
antes de cada uno de los ocho bits
que conforman el dato propiamente
dicho. Adems, con el objetivo de
facilitar la sincronizacin de smbolo
o de bit, se ha utilizado como cdigo
de lnea el Manchester, que posee
caractersticas intrnsecas de reloj.
Al igual que el transmisor, el
sistema receptor est compuesto
por el bloque de formato y el
demodulador PCM, que realizan las
funciones inversas a sus homlogos
del sistema transmisor. Mientras
que el demodulador realiza la
decodificacin Manchester/NRZ
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(Non Return to Zero), el bloque de
formato tiene como misin
reconstruir la seal analgica de
audio a partir de los smbolos
binarios proporcionados por el
demodulador, que tras someterla a
un proceso de amplificacin es
aplicada a la entrada de un altavoz.
A continuacin se describen el
sistema transmisor y receptor PCM,
as como el sincronizador de
smbolo o de bit, especifica.
MARCO TEORICO
MODULACION PCM
Codificacin analgica
Digital Modulacin de
Amplitud de pulso (PAM)
Modulacin PCM
Tasa de prueba
Codificacin Analgica Digital
Este tipo de codificacin es la
representacin de la informacin
analgica en una seal digital. Por
ejemplo para grabar la voz de un
cantante sobre un CD se usan
significados digitales para grabar la
informacin analgica. Para
hacerlos, se debe de reducir el #
infinito potencial posible de valores
en un mensaje analgico de modo
que puedan ser representados
como una cadena digital con un
mnimo de informacin posible. En
la siguiente figura se muestra la
codificacin analgica digital
llamada Codec (codificador -
decodificador).
Figura 1. Codificacion Analogica Digital
En la codificacin analgica digital,
estamos representando la
informacin contenida a partir de
una serie de pulsos digitales.
La estructura de la seal traducida
no es el problema, el problema
radica en pasar la informacin de
valores infinitos a un nmero de
valores limitados sin sacrificar la
calidad de la seal.
El primer paso en la codificacin
analgica digital se llama PAM; este
mtodo inicialmente toma la
informacin analgica, la muestra o
prueba y genera una serie de pulsos
basados en los resultados de la
prueba. Prueba hace referencia a la
medida de la amplitud de la seal a
intervalos iguales. PAM se
encuentra dentro de la base del
mtodo de codificacin analgica-
digital llamado modulacin de
cdigo de pulso PCM.
En PAM, la seal original se
muestra a intervalos iguales como lo
muestra la figura 2. PAM usa una
tcnica llamada probada y tomada.
En un momento dado el nivel de la
seal es ledo y retenido
brevemente. El valor mostrado
sucede solamente de modo
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instantneo a la forma actual de la
onda, pero es generalizada por un
periodo todava corto pero medible
en el resultado de PAM.
Figura. 2 PAM
El motivo por el que PAM sea ineficaz en comunicaciones es por que aunque traduzca la forma actual de la onda a una serie de pulsos, siguen teniendo amplitud (pulsos)(todava seal analgica y no digital). Para hacerlos digitales, se deben de modificar usando modulacin de cdigo de pulso (PCM). Modulacin PCM PCM modifica los pulsos creados por la PAM para crear una seal completamente digital. Para hacerlo PCM, en primer lugar cuantifica los pulsos de PAM, la cuantificacin consiste en asignacin de valores a un rango especfico, en la siguiente imagen se ilustran ejemplos de esta:
Figura 3 Seal PAM cuantificada
En la imagen 4 se muestra un mtodo simple de asignacin de signo y magnitud de los valores para muestras cuantificadas. Cada valor es traducido en su equivalente binario 7bits. El octavo bit indica el signo.
Figura 4 Cuantificacin usando signo y magnitud
Los dgitos binarios son transformados en un seal digital usando una de las tcnicas de codage digitaldigital. La figura 5 muestra el resultado de la modulacin de codage de pulso de la seal original codificada finalmente en seal unipolar. Solo se muestran los 3 primeros valores de prueba.
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Figura 5 PCM
En la actualidad PCM se construye atravs de cuatro procesos separados: PAM, cuantificacin, codage digitaldigital.
Figura 6 Seal analgica a cdigo digital PCM
Tasa de Prueba Como se puede ver a partir de las figuras anteriores, la exactitud de la reproduccin digital de una seal
analgica depende del nmero de pruebas tomadas. Usando PAM y PCM se puede reproducir una onda con exactitud si se toman una infinidad de pruebas.
Actualmente , se requiere poca informacin para la reconstruccin de seal analgica. En lo referente al Teorema de Nyquist, para asegurarse que la reproduccin exacta de una seal analgica original usando PAM, la tasa de prueba debe ser al menos el doble de la frecuencia mxima de la seal original. De este modo, si deseamos hacer muestra con la informacin de voz de un telfono que tiene como frecuencia mxima 3300 HZ, la tasa de muestra debe ser de 6600 pruebas/s. En la prctica, actualmente se toman 8000 muestras para compensar las imperfecciones del proceso.
Figura 7 Teorema de Nyquist
DESARROLLO En la figura 8 se representa el diagrama de un sistema de comunicacin digital en banda base para una fuente que proporciona a
su salida una seal de tipo analgica, en l se pueden distinguir el bloque de formato, el modulador y demodulador en banda base y, por ltimo, el bloque de sincronizacin.
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Figura 8 Sistema de comunicacin digital en banda base
se muestra el diagrama de bloques
de la fuente y del sistema
transmisor especificando los
elementos utilizados.
Como se puede observar, la fuente
est constituida por un micrfono y
su circuito acondicionador de seal,
que a su vez est compuesto por un
filtro paso bajo (filtro antialiasing) y
un amplificador basado en el
operacional 741. El amplificador de
ganancia y Offset ajustables,
permite adaptar los niveles de
tensin de la seal de audio
procedente del micrfono al margen
de entrada del conversor
analgico/digital, que constituye la
entrada del bloque de formato.
Figura 9 Diagrama de bloques del sistema transmisor y la fuente
El bloque de formato est
compuesto por un conversor
analgico digital (CAD) y un
conversor de paralelo a serie. Para
realizar la conversin de analgico a
digital se ha utilizado un CAD de
ocho bits de resolucin de National
Semiconductor, el circuito integrado
ADC0801. Debido a que la
transmisin es serie, tras la
digitalizacin es necesario realizar
una conversin de paralelo a serie
de los ocho bits proporcionados por
el conversor para cada una de las
muestras de la seal analgica de
audio proveniente de la fuente. Con
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la idea de establecer el sincronismo
de trama, es decir, a partir del flujo
de bits de datos que recibe el
circuito detector obtener una
referencia temporal del comienzo y
final de los 8 bits de datos, se ha
utilizado uno de los procedimientos
ms simples, insertar una cabecera
o palabra clave al principio de la
trama. En definitiva, al canal se
enviarn los datos organizados en
tramas de 16 bits, donde los ocho
primeros corresponden a la
cabecera y los restantes a los datos
propiamente dichos. Para
implementar la conversin de
paralelo a serie, e insertar la palabra
clave, se han utilizado dos registros
de desplazamiento de ocho bits con
carga paralela (integrados 74165).
Figura 10 Esquema elctrico del sistema transmisor
Sistema Receptor PCM
En la Figura 11 se muestra el diagrama de bloques del destino y del sistema
receptor
Figura 11 Diagrama de bloques del sistema receptor y del destino
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Como se puede observar, el destino
est compuesto por un altavoz y su
circuito acondicionador de seal,
que a su vez est constituido por un
filtro paso bajo, similar al filtro
antialiasing utilizado en el sistema
transmisor, y un amplificador de
audio basado en el amplificador de
potencia KA386. El bloque de
formato y el demodulador realizan
las funciones opuestas a sus
homlogos del sistema transmisor.
El demodulador es el encargado de
convertir la seal Manchester en
NRZ, mientras que el bloque de
formato tiene como misin
reconstruir la seal analgica de
audio transmitida a partir de los
datos recibidos. En este caso, el
bloque de formato est compuesto
por un conversor de serie a paralelo
y un conversor digital analgico
(DAC).
En la siguiente figura se representa
el esquema elctrico del sistema
receptor, donde se pueden distinguir
los circuitos encargados de detectar
la palabra clave o establecer el
sincronismo de trama, los
conversores de serie a paralelo y el
conversor digital analgico utilizado,
el DAC0808. En este caso, la
implementacin del circuito de
sincronismo de trama se ha basado
en la utilizacin de puertas lgicas
AND y de dos registros de
desplazamiento de ocho bits con
salida paralela (circuitos integrados
74164).
Figura 12 Esquema elctrico del sistema receptor
SINCRONISMO DE SMBOLO
Una parte importante del receptor
consiste en la electrnica encargada
de realizar el sincronismo de
smbolo o de bit. Dicho sincronismo
se basa en obtener, a partir de la
seal recibida, una seal con forma
de onda cuadrada cuyas
transiciones indican el instante de
comienzo y final del smbolo o bit,
es decir, obtener una rplica en fase
de la seal de reloj utilizado en el
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sistema transmisor. Bsicamente
existen dos tipos de circuitos que se
pueden emplear para realizar este
tipo de sincronismo: los
sincronizadores en lazo abierto y en
lazo cerrado. Los primeros obtienen
el sincronismo realizando varias
operaciones sobre la seal recibida
desde el medio de transmisin. Los
segundos se basan en comparar
una seal de referencia generada
internamente con la seal recibida,
realizando una medida de la
exactitud del sincronismo entre
ambas que permite ajustar dicha
seal de referencia. Para este caso
obtaremos por el sincronizador de
smbolo de lazo abierto, su
diagrama de bloques lo
apreciaremos en la figura 13.
Figura 13 Diagrama de bloques del sincronizador de bit en lazo abierto
Figura 14 Esquema elctrico del sincronizador de smbolo o bit
BIBLIOGRAFIA
[1] TOMASI W. Sistemas de Comunicaciones Electrnicas. Prentice Hall. 2004. John Wiley and Sons. 1989.
[2] A.P. Malvino, Principios de Electrnica. Ed. McGrawHill, 2000.