Sistemas de Telecomunicaciones cap 3-3 (ss)

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Modulacion de pulsos Multinivel: QAM

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Sistemas de Telecomunicaciones cap 3-3 (ss)

  1. 1. Plan Complementario SISTEMAS DE TELECOMUNICACIONES EIE 846 Francisco Apablaza M. 2013 famapablaza@hotmail.com
  2. 2. Programa Objetivos: Conocer, Comprender y Aplicar los principales componentes y fundamentos conceptuales de los sistemas de Telecomunicaciones. Contenidos: Clasificación de los sistemas de telecomunicaciones Información, Señales y Ruido Proceso de codificación de: fuente, canal y línea Procesos de Modulación: lineal, angular y digital Multiplexión: FDM-TDM-WDM Sistemas radioeléctricos Sistemas ópticos 2
  3. 3. MODULACION DIGITAL CON PORTADORA MODULADA – 1. Modulación Binaria de Amplitud (Amplitude-Shift Keying, ASK) – 2. Modulación Binaria de Frecuencia (Frequency-Shift Keying, FSK) – 3. Modulación Binaria de Fase (Phase-Shift Keying, PSK) – 4. Modulación Binaria Diferencial de Fase (Differential PSK, DPSK) MODULACION DIGITAL M-aria – QPSK – QAM – TCM – OFDM 3 MODULACION DIGITAL
  4. 4. La modulación multinivel, agrupa varios bits y define nuevos símbolos ó estados de modulación de M=2L elementos (L dígitos binarios). Se facilita su representación en forma fasorial: Constelaciones o representación en el dominio espacio-señal. La tasa de Tx es de Rb= LRs bps (Rb: tasa binaria y Rs: tasa de símbolos/seg BAUDIOS). 4 MODULACION DIGITAL M-aria
  5. 5. Aumenta el rendimiento de uso del canal. Si bien se puede aplicar en ASK, FSK y PSK, es el último el mas usado. 5 MODULACION DIGITAL M-aria La velocidad de información: Vi =(1/Ts) log2M = Vs log2L
  6. 6. 101011010110101100101101011 6 101 011 010 110 101 100 101 101 011 S1 S2 S3 S4 S1 S5 S1 S1 S2 PSK - 8 M = 8, L = 3 MODULACION DIGITAL M-aria Data binaria: Agrupación tribits, conv.serie-paralelo:
  7. 7. De la representación fasorial, se puede deducir que la generación de cualquier espacio-señal, se puede conseguir con una combinación de 2 señales en cuadratura. 7 I Q Acos ct Asen ct -Acos ct -Asen ct MODULACION DIGITAL M-aria
  8. 8. Hay sistemas de 256; 512 e incluso 4096 estados. 8 MODULACION DIGITAL M-aria El ancho de banda de la señal PSK M-aria es del orden de 2fs. Como fs = fb/L, entonces hay reducción por factor L. En rigor, se aumenta L veces la velocidad de información por igual BW.
  9. 9. 9 Para 4 estados (4PSK) M=4 , L=2 “dibit” MODULACION QPSK Eligiendo:
  10. 10. 10 MODulador MODULACION QPSK
  11. 11. DEModulador 11 Para sincronismo se recupera fc LPFIdem para lado b MODULACION QPSK
  12. 12. Sobre 8PSK, los ángulos adyacentes son muy cercanos, por ello se definen estados de amplitud y fase: QAM 12 En recepción la señal varía por las imperfecciones del canal, por lo tanto el circuito de decisión puede “equivocar”: P(error) MODULACION QPSK … QAM Uso de código Gray
  13. 13. Modulación Ortogonal o en Cuadratura (QAM) En gral. es una doble banda lateral moduladas ortogonalmente por dos fuentes independientes de datos que se trasmiten por el mismo canal. 13 xc (t) = m1(t) cos(2πfc t) + m2(t) sen(2πfc t)
  14. 14. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Modulador MQAM: 14 Demodulador MQAM: La cantidad de información : I = log2M M:posibles estados La velocidad de información: Vi =(1/Ts) log2M = Vs log2M= Vs  L Vs = Veloc. de modulación ó señalización en Baudios
  15. 15. Constelaciones QAM 15 Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
  16. 16. La probabilidad de error multinivel: 16 Tbaud = LTbit M= 2L Para PSKM-aria
  17. 17. 17 Para DPSK M-aria La probabilidad de error multinivel:
  18. 18. Modulación TCM Para contrarrestar los efectos de los errores, se incluye codificación en el proceso de modulación. Es usar codificación de canal incorporado al proceso de decisión de la señal recibida. Usando un codificador convolucional se genera un bit de redundancia utilizado para identificar subconjuntos de la constelación…. TRELLIS COD MOD 18
  19. 19. TCM: malla, entramado, rejilla Recibe esta denominación por el aspecto de la gráfica de trayectoria de los estados de modulación. 19 Ejms. de redundancia de código (3,2) Modulación TCM
  20. 20. Un ej. de codificador: 20 Para una secuencia de entrada hay una trayectoria específica, por lo tanto en un instante dado, se puede deducir cual es el estado anterior y el mas probable próximo. Modulación TCM
  21. 21. 21 Constelación de 128 estados 27: 6 bits de datos+1 redundante De los 7 bits que definen cada estado, 4 fijan un estado dentro de una subconstelación. Modulación TCM
  22. 22. 22 Con los otros 2 bits se genera un 3º mediante el cod convolucional que define la subconstelación a la que pertenece el dato en ese instante.  Luego en el receptor la decisión se sigue algoritmo de Viterbi para predecir el estado de mayor probabilidad.
  23. 23. OFDM Orthogonal Frequency Division Modulation (multiplexing), es un sistema multiportadora y multinivel, que segmenta la secuencia de datos en bloques que modulan subportadoras. El canal se divide en muchos subcanales. 23 Cada estado de mod usa todo el canal Cada subcanal lleva parte de los datos
  24. 24. Utiliza portadoras sen(x)/x 24 Efectivo para contrarrestar deterioro propagación multipaso y ruido impulsivo. Evita ecualización de H(w) del canal, por ser cada subcanal de banda angosta. OFDM
  25. 25. Cada fc de subportadoras es múltiplo entero de frecuencia de símbolos. Tantas frecuencia fc como subcanales. Son señales orthogonales: 25 Ej. Sólo 3 subport.Ts OFDM
  26. 26. Se modula en n-QAM 26 2 posible valores de subportadora en Ts OFDM
  27. 27. 27 Salida típica de muestras IFFT Estos valores son la suma de muchas muestras de muchas sinusoides – como señal aleatoria. IFFT modula y Multiplexa en un paso. OFDM
  28. 28. Receptor: 28 Influencia en Tpo del Multipaso del canal Influencia en Frec. del Multipaso del canal OFDM
  29. 29. 29 Aplicaciones: ADSL; DVB; DAB; WiFi; Wimax; LTE OFDM
  30. 30. MODULACION DIGITAL En todos los procesos previos los pulsos son una señal ideal, pero en Rx con distorsión, ruido e ISI es necesario asegurar una correcta decisión del estado lógico transmitido. Para ello debe haber además:  Flt Nyquit o Rise Cos  Sinc de portadora y de Reloj  scrambler 30
  31. 31. Los pulsos transmitidos no tienen cambios instantáneos , tampoco los filtros son ideales. 31 MODULACION DIGITAL
  32. 32. Utilización de filtros adaptados y de ecualización… “pulse shaping” para minimizar ISI. Filtro Nyquit o “coseno alzado” 32 Es un FLT realizable y salida sin ISI. MODULACION DIGITAL
  33. 33. La demodulación sincrónica no es problema con la estabilidad de osciladores a Xtal, pero para det coherente el sinc de fase es mas complejo. Se usan secuencias de “training”, con lo cual se adquiere enganche en fase. Tan importante o mas es el sincronismo de reloj, para ello ayuda incluir “scrambler-descrambler” 33 MODULACION DIGITAL
  34. 34. Esquemas de sincronismo de portadora 34 MODULACION DIGITAL
  35. 35. Esquema de sincronismo de reloj 35 MODULACION DIGITAL
  36. 36. Factores de comparación SNR  Pe o BER  Eficiencia de potencia p  Eficiencia espectral f 36 El máximo posible: Comportamiento en multitrayectoria y no linealidades.  Costo-complejidad
  37. 37. 37 Factores de comparación Probabilidad de error
  38. 38. Otras comparaciones de performance 38 Factores de comparación
  39. 39. 39 Factores de comparación
  40. 40. 40 Factores de comparación
  41. 41. En todo sistema de comunicaciones digitales, se tendrá siempre presente uno o mas de los procesos estudiados en este capítulo. 41 Conclusión: Preguntas: ¿ ?
  42. 42. Refs para profundizar  Digital and Analog Comm. Systems, Sam Shammugan Sistemas de Comunicación, B.P.Lathi Técnicas de Modulación, Briceño Modulación angular, UValladolid  Apuntes prof. R.Villarroel PUCV 42
  43. 43. Investigar: 1.- Averiguar que tipo de modulación se utiliza en modem DOCSIS y ADSL. 2.- Determinar gráficamente las señales en las distintas etapas de un modulador 16QAM, para una secuencia de entrada correspondiente a su NOMBRE en ASCCI, terminando con los puntos correspondientes en la constelación de la señal transmitida. 43

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