Construcción de banco de comunicaciones digitales

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN
BANCO DE COMUNICACIONES DIGITALES
• Introducción
• Planteamiento del Problema
• Justificación
• Planteamiento del Problema
• Impactos que Genera la Creación del proyecto
• Social
• Institucional
• Ambiental
• Objetivos
• General
• Específicos
• Marco Histórico
• Pasos de la Evolución
• Marco Conceptual
• Interrogantes
10. Modulación digital
11. Metodología de la Invetigación
• Investigativa: Formato Encuesta
• Investigativa Descriptiva: Tabulaciones de la Encuesta
12. Monto de la Inversión
• Requerimientos
• Muebles y enseres
• Instrumentos
• Descripción del proceso de Elaboración
• Ubicación
• Desarrollo del Proceso de Administración
• Planeación
• Organización
• Dirección
• Diagrama de Flujo #1: Prestación de Servicios a los Alumnos
• Diagrama de Flujo #2: Practicas en el Sistema de Comunicación Digital
• Evaluación del Proyecto
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• Relación Beneficio−Costo
♦ Indicadores
♦ Pruebas
• Recomendaciones
• Conclusiones
1. INTRODUCCIÓN
Los Sistemas de Comunicaciones han pasado por varias generaciones en etapas de evolución gracias a la
Clave de Samuel Morse; muchos de los sistemas de comunicación eléctrica se encuentran en todas partes
donde se transmite la información de un punto a otro. El teléfono, la radio y la televisión han venido a ser
factores de la vida diaria. Los circuitos de larga distancia cubren el globo terráqueo llevando texto, voces e
imágenes. Los sistemas de radar y telemetría desempeñan papeles importantes, vitales, en navegación, defensa
e investigación científica. Las computadoras hablan a otras computadoras por medio de enlaces de datos
transcontinentales de datos enviando señales digitales en bits, representando los códigos binarios 0−1. Para
que los alumnos realicen sus practicas deben saber que un sistema típico está formado de numerosas y
diversas partes cuya comprensión escapa virtualmente a todas las especialidades de la ingeniería electrónica:
conversión de la energía, teoría de redes, teoría electromagnética, para citar unas cuantas aplicaciones de sus
conocimientos.
Este proyecto consiste en elaborar un modelo didáctico donde se puedan distinguir claramente los elementos
utilizados en las telecomunicaciones; el cual será una herramienta muy útil para los alumnos y docentes.
Con este el estudiante estará en capacidad de entender los conceptos básicos y la terminología necesaria para
transmitir una comunicación digital; analizar y observar físicamente el comportamiento de una señal
modulada.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Para la educación y formación de una persona se hace indispensable el manejo de métodos que faciliten la
comprensión y el análisis; factor que ha tenido en cuenta la tecnológica autónoma del pacifico durante todos
los años de existencia; al mejorar cada día la calidad de educación. Hoy la institución cuenta con muchas
herramientas que facilitan el aprendizaje de los alumnos y la enseñanza de los docentes, sin embargo, existen
áreas en las cuales se hace indispensable el manejo de equipos didácticos como es el caso de la asignatura de
teoría de telecomunicaciones, en donde muchas veces los dibujos, presentaciones y simulaciones no son
suficientes.
En este momento no se cuenta con unos Componentes que faciliten el Desarrollo de las Practicas por lo que
no se ha llegado a un claro entendimiento de varios de los conceptos aplicados en esta asignatura y poder
conocer la Función de las Herramientas y Materiales.
Por estos motivos, es indispensable disponer de elementos constituidos en un Banco en el cual estén
unificados una Serie de Componentes Didácticos y diferentes alternativas para lograr así solucionar
inquietudes y llevar a cabo las Pruebas de Laboratorio correspondientes.
3. JUSTIFICACIÓN
En la facultad de Ingeniería Electrónica existe una Materia basada en comunicaciones para los aspirantes a
Técnicos llamadas Redes 1, Redes 2 y Administración de Redes y para los que van a ser Tecnólogos
Comunicación 1, Sistemas de Transmisión y Comunicación 2 las cuales incluyen muchos factores para
conocer distintas aplicaciones en cuanto a las comunicaciones digitales; sin embargo, la Tecnológica
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Autónoma del Pacífico no ha puesto en practica estos conocimientos adquiridos durante este trayecto.
Es por eso que deseamos aplicar un conocimiento adquirido como resultado de los tres años y medio de
estudios realizados en la institución, pues es una elaboración que sintetiza y ordena el conjunto de actividades
programadas y relacionadas con nuestra especialidad, para que tanto los estudiantes como los docentes
utilicen los recursos preestablecidos de tal manera que den respuesta positiva a los problemas que hemos
encontrado con respecto a los materiales didácticos que se utilizan en la institución y las necesidades
planteadas que exponemos en este proyecto.
Se nos ocurre la idea de construir un banco de Telecomunicaciones digitales el cual va a facilitar el
aprendizaje a la población estudiantil y, a su vez beneficiara a los profesores en la pedagogía educativa.
Este proyecto busca dotar a los laboratorios de la institución con un equipo didáctico en el cual se pueden
hacer pruebas y se asemeje a lo que actualmente se encuentra en las empresas de telecomunicaciones,
brindando de este modo garantía y seguridad en la enseñanza de la especialidad.
4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Debido al problema planteado, surgen interrogantes como:
• Conque elementos deberían construirse el banco de comunicaciones digitales?
• El banco debe ser portátil o fijo en un laboratorio?
• Cuantos estudiantes podrían hacer pruebas al mismo tiempo en grupo?
• De que tamaño sería el banco?
• Los elementos deberán construirse por los estudiantes?
• Los elementos pueden ser comprados y armado el banco por el grupo de estudiantes?
• El cuerpo administrativo y académico de la TAP es consciente de la necesidad que existe del
laboratorio de pruebas digitales.
5. IMPACTOS QUE GENERA LA CREACIÓN DEL PROYECTO
SOCIAL.
En nuestra sociedad, la Tecnológica Autónoma del Pacifico ganará un reconocimiento a nivel Educativo,
dándose cuenta en sus egresados los cuales saben los principios de una comunicación y además conocer los
elementos a utilizar, de los cuales proceden una calificación para la institución de parte de la sociedad en
general; dando ellos particularmente una definición clara y veraz del Proceso educativo que se imparte a los
jóvenes que estudian en la misma.
INSTITUCIONAL.
La Tecnológica Autónoma del Pacifico ha entrado en distintos procesos de evolución a lo largo de estos 4
años para brindar a todos sus alumnos un mayor logro por plasmar sus conocimientos adquiridos en diferentes
semestres.
Se ha visto que en las facultades de Ingeniería Electrónica, Mecatrónica y Electromédica se han realizados
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ciertas practicas exigidas a lo largo de su carrera con dando a conocer diversas Herramientas muy utilizadas
en el ámbito laboral. Nosotros por medio de una Encuesta realizadas a las facultades anteriores nos han dado a
conocer las necesidades para realizar una serie de Practicas en un Sistema de Comunicaciones Digitales
afianzando sus conocimientos teóricos ofreciendo una clara instrucción con ejemplos planteados por los
Docentes los cuales aportan sus ideas en base a las Redes y las Telecomunicaciones.
AMBIENTAL
Hemos realizado un estudio con los proyectos entregados anteriormente a esta institución, llegando a la
conclusión que existen ciertos problemas como: El Ruido, perturbando la tranquilidad y la concentración no
solo de los Docentes y los alumnos que realizan las practicas dentro de un aula de clase, sino también de los
otros estudiantes que están en distintas aulas de clase incluyendo un problema como la Mala Ubicación; El
Suelo, ya que es un espacio reducido para cierta cantidad de alumnos tras las actividades vistas en clase, por lo
que también va incluido otro problema como El Calor tras no haber una suficiente ventilación. Es por eso que
nuestro Sistema de Comunicaciones Digitales, al igual que los proyectos entregados anteriormente, serán
ubicados en un lugar exclusivamente para los Ingenieros tanto Electrónicos como Mecatrónicos solucionando
los diferentes problemas presentados con anterioridad y colaborando con la Tranquilidad de las diferentes
facultades académicas presentes en la institución.
6. OBJETIVOS
GENERAL
Diseñar y elaborar un Banco de Telecomunicaciones Digitales para la Tecnológica Autónoma del Pacifico con
el fin de contribuir al desempeño de las practicas en esta modalidad.
ESPECÍFICOS:
• Dotar al estudiante con las herramientas teóricas y prácticas necesarias para que esté en capacidad de
analizar un sistema de comunicación digital, a la vez que pueda entender como se propagan las
señales en los diferentes medios, los diferentes efectos que sufren las señales durante su propagación
y las diferentes técnicas de modulación digital.
• Posibilitar el máximo entendimiento en cada una de las clases de Redes.
• Permitir la demostración de los conceptos Teóricos a cabalidad.
• Dar a conocer físicamente los elementos indispensables para realizar una comunicación.
• Desarrollar en el estudiante la habilidad de analizar sistemas de comunicación de acuerdo a sus
respuestas.
• Adquirir los conceptos y términos básicos empleados en libros, revistas o informes técnicos
relacionados con las comunicaciones electrónicas digitales.
7. MARCO HISTÓRICO
El primer Sistema de Comunicaciones Electrónicas fue desarrollado en 1837 por Samuel Morse; usando la
inducción electromagnética, pudo transmitir esta información en forma de puntos, guiones y espacios por
medio de un cable metálico llamándole a ese invento el Telégrafo. Lo que en esta época se conoce como una
cierta codificación de 1 y 0 (números binarios) por medio de unas Líneas fundamentales para la transmisión
de datos actualmente digitales. Respecto a esta evolución se buscó complementar esa tecnología
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implementando estos servicios en redes de Comunicación por medio de la interconexión de 2 computadores,
ambos a través de un MODEM (Modulador−Demodulador).
La especie humana es de carácter social, es decir, necesita de la comunicación;
Pues de otra manera viviríamos completamente aislados. Así, desde los inicios de la especie, la comunicación
fue evolucionando hasta llegar a la mas sofisticada tecnología, para lograr acercar espacios y tener mayor
velocidad en el proceso.
Las primeras manifestaciones en la comunicación de la especie humana fue la voz, las señales de humo y sus
dibujos pictóricos; posteriormente al evolucionar, fue la escritura, el elemento que permitió desarrollar las
culturas que hoy se conocen. Las artes como la música y el teatro, forman parte fundamental en la formación
y desarrollo de la misma especie y sus culturas.
Desde las primeras máquinas programables manualmente (máquina diferencial de Babbage) o con
procedimientos electrónicos (ENIAC, con tubos al vacío, en 1947), hasta nuestros días de potentes
computadoras digitales que se han introducido en prácticamente todas las áreas de la sociedad (industria,
comercio, educación, comunicación, transporte, etc.). Con todos estos avances tecnológicos y necesidades, la
comunicación o transmisión de datos fue tomando cada vez mas auge. Los primeros intentos y realizaciones
en la tarea de conjugar ambas disciplinas − comunicaciones y procesamiento de datos − tuvieron lugar en
Estados Unidos, donde durante años cuarenta del siglo XX se desarrollo una aplicación de inventario para la
U.S. Army y posteriormente, en 1953, otra para la gestión y reserva de las plazas en la American Airlines, que
constituyeron los dos primeros sistemas de procesamiento de datos a distancia.
Con el desarrollo de las civilizaciones y de las lenguas escritas surgió también la necesidad de comunicarse a
distancia de forma regular, con el fin de facilitar el comercio entre las diferentes naciones e imperios.
PASOS DE LA EVOLUCIÓN.
Telégrafo:
Sistema de comunicación basado en un equipo eléctrico capaz de emitir y recibir señales según un código de
impulsos eléctricos. En un principio, la palabra `telegrafía' se aplicaba a cualquier tipo de comunicación de
larga distancia en el que se transmitiesen mensajes mediante signos o sonidos
Teleimpresión:
En la teleimpresión, el mensaje se recibe en forma de palabras mecanografiadas sobre una hoja de papel. Cada
letra del alfabeto viene representada por una de las 31 combinaciones posibles de cinco impulsos electrónicos
de igual duración, siendo la secuencia de intervalos utilizados y no utilizados la que determina la letra. El
código de impresión de arranque−parada utiliza siete impulsos para cada carácter: el primero indica el
comienzo y el séptimo el final de cada letra.
La telegrafía 1900:
La telegrafía eléctrica fue el segundo gran pilar del sistema de comunicaciones del siglo XIX. España no fue
una excepción. En aquella época no existía alternativa posible al telégrafo en términos de velocidad de la
transmisión de la información. A pesar de la modernización del Correo decimonónico, las ventajas del
telégrafo resultaban indiscutibles.
Télex:
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En 1958 apareció un sistema de intercambio de teleimpresión de llamada directa, denominado télex, que en el
plazo de diez años contaba con más de 25.000 abonados. El sistema télex permite a sus abonados enviar
mensajes y datos directamente a otros abonados y, a través de redes de operadoras internacionales, a otras
muchas partes del mundo. Los abonados de télex también pueden enviar mensajes a los no abonados a través
de centros especializados de comunicaciones que hacen llegar los mensajes en forma de telegramas.
Teléfono:
Instrumento de comunicación, diseñado para la transmisión de voz y demás sonidos hasta lugares remotos
mediante la electricidad, así como para su reproducción. El teléfono contiene un diafragma que vibra al recibir
el impacto de ondas de sonido. Las vibraciones (movimiento ondulatorio) se transforman en impulsos
eléctricos y se transmiten a un receptor que los vuelve a convertir en sonido.
Telefonía por satélite:
En 1969 se completó la primera red telefónica global con base en una serie de satélites en órbitas estacionarias
a una distancia de la Tierra de 35.880 Km. Estos satélites van alimentados por células de energía solar. Las
llamadas transmitidas desde una antena terrestre se amplifican y se retransmiten a estaciones terrestres
remotas. La integración de los satélites y los equipos terrestres permite dirigir llamadas entre diferentes
continentes con la misma facilidad que entre lugares muy próximos. Gracias a la digitalización de las
transmisiones, los satélites de la serie global INTELSAT pueden retransmitir simultáneamente hasta 33.000
llamadas, así como diferentes canales de televisión.
Correo de voz:
El correo de voz permite grabar los mensajes recibidos para su posterior reproducción en caso de que la
llamada no sea atendida. En las versiones más avanzadas de correo de voz, el usuario puede grabar un
mensaje que será transmitido más adelante a lo largo del día.
El correo de voz se puede adquirir en la compañía telefónica como un servicio de conmutación o mediante la
compra de un contestador automático. Por lo general, es un equipo telefónico ordinario dotado de funciones
de grabación, reproducción y detección automática de llamada. Si la llamada entrante se contesta en cualquier
teléfono de la línea antes de que suene un número determinado de veces, el contestador no actúa. Sin
embargo, cumplido el número de llamadas, el contestador automático procede a descolgar y reproduce un
mensaje grabado previamente, informando que el abonado no puede atender la llamada en ese momento e
invitando a dejar un mensaje grabado.
CORREO ELECTRÓNICO (E−MAIL) :
El correo electrónico se ha convertido en elemento imprescindible en las redes de comunicación de la mayoría
de las oficinas modernas. Permite transmitir datos y mensajes de una computadora a otra a través de la línea
telefónica, de conexión por microondas, de satélites de comunicación o de otro equipo de telecomunicaciones
y mandar un mismo mensaje a varias direcciones. El correo electrónico se puede enviar a través de la red de
área local (LAN) de la empresa o a través de una red de comunicación nacional o internacional. Los servicios
de correo electrónico utilizan una computadora central para almacenar los mensajes y datos y enviarlos a su
destino. El usuario de un PC que desee enviar y recibir mensajes escritos o hablados sólo necesita suscribirse
a una red de correo electrónico pública y disponer de un módem y un teléfono. Dado el enorme volumen de
correo electrónico potencial que puede generarse, se han desarrollado sistemas capaces de particularizar el
correo para cada usuario.
8. MARCO CONCEPTUAL
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Ancho de Banda: En comunicaciones, es un indicador de la cantidad de datos que pueden transmitirse en
determinado periodo de tiempo por un canal de transmisión, por ejemplo un radiotransmisor, una antena
parabólica o el cableado que conecta a dos computadoras. Por lo general, el ancho de banda se expresa en
ciclos por segundo (hercios, Hz), o en bits por segundo (bps).
Antena: equipo utilizado en electrónica para propagar o recibir ondas de radio o electromagnéticas.
Amplificador: dispositivo para aumentar la amplitud, o potencia, de una señal eléctrica. Se utiliza para
ampliar la señal eléctrica débil captada por la antena de un receptor de radio.
Amplitud Modulada: Una señal modulada en amplitud se compone de la frecuencia portadora y dos bandas
laterales producto de la modulación.
Digital: en contraposición a 'analógico' (continuo), forma de representar la información con valores
numéricos (discretos). Ceros o unos, Los ordenadores, en último término, representan la información con
dígitos binarios.
Espectro Electromagnético: Es el conjunto de todas las frecuencias de emisión de los cuerpos de la
naturaleza. Comprende un amplio rango que va desde ondas cortas (rayos gamma, rayos X), ondas medias o
intermedias (luz visible), hasta ondas largas (las radiocomunicaciones actuales).
Frecuencia: término empleado en física para indicar el número de veces que se repite en un segundo
cualquier fenómeno periódico
Frecuencia modulada: (FM), sistema de transmisión de radio en el que la onda portadora se modula, de
forma que su frecuencia varíe según la señal de audio transmitida.
Interfaz: punto en el que se establece una conexión entre dos elementos, que les permite trabajar juntos. La
interfaz es el medio que permite la interacción entre esos elementos.
Longitud de onda: distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que tienen el mismo estado de
vibración.
MODEM: inicialmente del término inglés MODEM, es un acrónimo de `modulador/demodulador'. Se trata
de un equipo, externo o interno (tarjeta módem), utilizado para la comunicación de computadoras a través de
líneas analógicas de transmisión de voz y/o datos. El módem convierte las señales digitales del emisor en otras
analógicas, susceptibles de ser enviadas por la línea de teléfono a la que deben estar conectados el emisor y el
receptor. Cuando la señal llega a su destino, otro módem se encarga de reconstruir la señal digital primitiva,
de cuyo proceso se encarga la computadora receptora
Nodo: Es el elemento de red, ya sea de acceso o de conmutación, que permite recibir y reenrutar las
comunicaciones.
Portadora: señal analógica que puede utilizarse para la transmisión de información. La información se
incorpora a la portadora mediante modulación de frecuencia (FM) o modulación de amplitud (AM)
Punto de interconexión: Es el punto físico en donde se efectúa la conexión entre dos redes, para permitir su
interfuncionamiento y la interoperabilidad de los servicios que estas soportan.
Servicio portador: Es aquel que proporciona la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre dos o
más puntos definidos de la red de telecomunicaciones. Comprende los servicios que se hacen a través de redes
conmutadas de circuitos o de paquetes y los que se hacen a través de redes no conmutadas. Forman parte de
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estos, entre otros, los servicios de arrendamiento de pares aislados y de circuitos dedicados.
Transmisor: Los componentes fundamentales de un transmisor de radio son: un generador de oscilaciones
(oscilador), para convertir la corriente eléctrica común en oscilaciones de una determinada frecuencia de
radio.
9. INTERROGANTES
• Que implementos se deben adquirir para el montaje del banco de comunicaciones digitales?.
• A partir de que semestre podrían ingresar los estudiantes al laboratorio?
• Con qué frecuencia se le debe realizar el mantenimiento preventivo a los implementos del
laboratorio?
• Se considera necesario que haya una programación previa al préstamo del laboratorio?.
• Es viable dictar cursos de capacitación en comunicaciones digitales a personal externo de la
institución
• Es necesario que los estudiantes sean supervisados durante las practicas del laboratorio de
telecomunicaciones?
• Es necesario contratar un monitor para el control del laboratorio?
• Se debe capacitar al personal docente?
• Que requisitos se le deben exigir al personal que ingrese al laboratorio?
• Cuál seria el número máximo de estudiantes que ingresarían al laboratorio?.
MODULACIÓN DIGITAL
FSK − PSK − QA
Radio digital
Los elementos que distinguen un sistema de radio digital de un sistema de radio AM, FM, o PM, es que en un
sistema de radio digital, las señales de modulación y desmodulación son pulsos digitales, en lugar de formas
de ondas analógicas. E1 radio digital utiliza portadoras analógicas, al igual que los sistemas convencionales.
En esencia, hay tres técnicas de modulación digital que se suelen utilizar en sistemas de radio digital:
transmisión (modulación) por desplazamiento de frecuencia (FSK), transmisión por desplazamiento de fase
(PSK), y modulación de amplitud en cuadratura (QAM).
• TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)
El FSK binario es una Forma de modulación angular de amplitud constante, similar a la modulación en
frecuencia convencional, excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía, entre dos
niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analógica que cambia de manera continua. La
expresión general para una señal FSK binaria es:
v(t) = Vc cos [ (c + vm(t) / 2 )t ]
donde v(t) = forma de onda FSK binaria
Vc = amplitud pico de la portadora no modulada
c = frecuencia de la portadora en radianes
vm(t) = señal modulante digital binaria
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= cambio en frecuencia de salida en radianes
De la ecuación 1 puede verse que con el FSK binario, la amplitud de la portadora Vc se mantiene constante
con la modulación. Sin embargo, la frecuencia en radianes de la portadora de salida (c) cambia por una
cantidad igual a ± /2. El cambio de frecuencia (/2) es proporcional a la amplitud y polaridad de la señal
de entrada binaria. Por ejemplo, un uno binario podría ser +1 volt y un cero binario −1 volt, produciendo
cambios de frecuencia de +/2 y −/2, respectivamente. Además, la rapidez a la que cambia la frecuencia
de la portadora es igual a la rapidez de cambio de la señal de entrada binaria vm(t). Por tanto, la frecuencia de
la portadora de salida se desvía entre (c + /2) y (c − /2) a una velocidad igual a fm (la frecuencia de
marca).
Transmisor de FSK
La salida de un modulador de FSK binario, es una función escalón en el dominio del tiempo. Conforme
cambia la señal de entrada binaria de 0 lógico a 1 lógico, y viceversa, la salida del FSK se desplaza entre dos
frecuencias: una frecuencia de marca o de 1 lógico y una frecuencia de espacio o de 0 lógico. Con el FSK
binario, hay un cambio en la frecuencia de salida, cada vez que la condición lógica de la señal de entrada
binaria cambia. Un transmisor de FSK binario sencillo se muestra en la figura 1.
FIGURA 1
Consideraciones de ancho de banda del FSK
La figura 2 muestra un modulador de FSK binario que a menudo son osciladores de voltaje controlado (VCO).
El más rápido cambio de entrada ocurre, cuando la entrada binaria es una onda cuadrada. En consecuencia, si
se considera sólo la frecuencia fundamental de entrada, la frecuencia modulante más alta es igual a la mitad de
la razón de BIT de entrada.
FIGURA 2
La frecuencia de reposo del VCO se selecciona de tal forma que, cae a medio camino, entre las
frecuencias de marca y espacio. Una condición de 1 lógico, en la entrada, cambia el VCO de su
frecuencia de reposo a la frecuencia de marca; una condición de 0 lógico, en la entrada, cambia cl VCO
de su frecuencia de reposo a la frecuencia de espacio. El índice de modulación en FSK es:
MI = f / fa (2)
donde MI = índice de modulación (sin unidades)
f = desviación de frecuencia (Hz)
fa = frecuencia modulante (Hz)
El peor caso, o el ancho de banda más amplio, ocurre cuando tanto la desviación de frecuencia y la frecuencia
modulante están en sus valores máximos. En un modulador de FSK binario, f es la desviación de frecuencia
pico de la portadora y es igual a la diferencia entre la frecuencia de reposo y la frecuencia de marca o espacio.
La desviación de frecuencia es constante y, siempre, en su valor máximo. fa es igual a la frecuencia
fundamental de entrada binaria que bajo la condición del peor caso es igual a la mitad de la razón de BIT (fb).
En consecuencia, para el FSK binario:
donde ø fm − fs ø/ 2 = desviación de frecuencia
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fb = razón de BIT de entrada
fb /2 = frecuencia fundamental de la señal de entrada binaria
En un FSK binario el índice de modulación, por lo general, se mantiene bajo 1.0, produciendo así un espectro
de salida de FM de banda relativamente angosta. Debido a que el FSK binario es una forma de modulación en
frecuencia de banda angosta, el mínimo ancho de banda depende del índice de modulación. Para un índice de
modulación entre 0.5 y 1, se generan dos o tres conjuntos de frecuencias laterales significativas. Por tanto, el
mínimo ancho de banda es dos o tres veces la razón de BIT de entrada.
Receptor de FSK
El circuito que más se utiliza para demodular las señales de FSK binarias es el circuito de fase cerrada (PLL),
que se muestra en forma de diagrama a bloques en la figura 3. Conforme cambia la entrada de PLL entre las
frecuencias de marca y espacio, el voltaje de error de cc a la salida del comparador de fase sigue el
desplazamiento de frecuencia. Debido a que sólo hay dos frecuencias de entrada (marea y espacio), también
hay sólo dos voltajes de error de salida. Uno representa un 1 lógico y el otro un 0 lógico. En consecuencia, la
salida es una representación de dos niveles (binaria) de la entrada de FSK. Por lo regular, la frecuencia natural
del PLL se hace igual a la frecuencia central del modulador de FSK. Como resultado, los cambios en el
voltaje de error cc, siguen a los cambios en la frecuencia de entrada analógica y son simétricos alrededor de 0
V.
FIGURA 3
Transmisión de desplazamiento mínimo del FSK
La transmisión de desplazamiento mínimo del FSK (MSK), es una forma de transmitir desplazando la
frecuencia de fase continua (CPFSK). En esencia, el MSK es un FSK binario, excepto que las frecuencias de
marca y espacio están sincronizadas con la razón de BIT de entrada binario. Con MSK, las frecuencias de
marca y espacio están seleccionadas, de tal forma que están separadas de la frecuencia central, por
exactamente, un múltiplo impar de la mitad de la razón de BIT [fm y fs = n( fb / 2 ), con n = entero impar].
Esto asegura que haya una transición de fase fluida, en la señal de salida analógica, cuando cambia de una
frecuencia de marca a una frecuencia de espacio, o viceversa.
• TRANSMISIÓN DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)
Transmitir por desplazamiento en fase (PSK) es otra forma de modulación angular, modulación digital de
amplitud constante. El PSK es similar a la modulación en fase convencional, excepto que con PSK la señal de
entrada es una señal digital binaria y son posibles un número limitado de fases de salida.
• TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE BINARIA (BPSK)
Con la transmisión por desplazamiento de fase binaria (BPSK), son posibles dos fases de salida para una sola
frecuencia de portadora. Una fase de salida representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico. Conforme la señal
digital de entrada cambia de estado, la fase de la portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que están
180° fuera de fase. El BPSK es una forma de modulación de onda cuadrada de portadora suprimida de una
señal de onda continua.
Transmisor de BPSK
La figura 4 muestra un diagrama a bloques simplificado de un modulador de BPSK. El modulador balanceado
actúa como un conmutador para invertir la fase. Dependiendo de la condición lógica de la entrada digital, la
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portadora se transfiere a la salida, ya sea en fase o 180° fuera de fase, con el oscilador de la portadora de
referencia.
FIGURA 4
La figura 5 muestra la tabla de verdad, diagrama fasorial, y diagrama de constelación para un modulador de
BPSK. Un diagrama de constelación que, a veces, se denomina diagrama de espacio de estado de señal, es
similar a un diagrama fasorial, excepto que el fasor completo no está dibujado. En un diagrama de
constelación, sólo se muestran las posiciones relativas de los picos de los fasores.
FIGURA 5
Consideraciones del ancho de banda del BPSK
Para BPSK, la razón de cambio de salida, es igual a la razón de cambio de entrada, y el ancho de banda de
salida, más amplio, ocurre cuando los datos binarios de entrada son una secuencia alterativa l/0. La frecuencia
fundamental (fa) de una secuencia alterativa de bits 1/0 es igual a la mitad de la razón de BIT (fb/2).
Matemáticamente, la fase de salida de un modulador de BPSK es:
(salida) = (frecuencia fundamental de la señal modulante binaria) x (portadora no modulada)
= (sen at) x (sen ct)
= ½cos(c − a) − ½cos(c + a)
En consecuencia, el mínimo ancho de banda de Nyquist de doble lado (fN) es
2fN = (c + a) − (c − a) = 2a
y como fa = fb/2, se tiene
fN = 2a / 2 = 2fa = fb
La figura 6 muestra la fase de salida contra la relación de tiempo para una forma de onda BPSK. El espectro
de salida de un modulador de BPSK es, sólo una señal de doble banda lateral con portadora suprimida, donde
las frecuencias laterales superiores e inferiores están separadas de la frecuencia de la portadora por un valor
igual a la mitad de la razón de BIT. En consecuencia, el mínimo ancho de banda (fN) requerido, para permitir
el peor caso de la señal de salida del BPSK es igual a la razón de BIT de entrada.
FIGURA 6
Receptor de BPSK
La figura 7 muestra el diagrama a bloques de un receptor de BPSK. La señal de entrada puede ser +senct ó
senct. El circuito de recuperación de portadora coherente detecta y regenera una señal de portadora que es
coherente, tanto en frecuencia como en fase, con la portadora del transmisor original. El modulador
balanceado es un detector de producto; la salida es el producto de las dos entradas (la señal de BPSK y la
portadora recuperada). El filtro pasa−bajas (LPF) separa los datos binarios recuperados de la señal
demodulada compleja.
FIGURA 7
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Codificación en M−ario
M−ario es un término derivado de la palabra binario. La M es sólo un dígito que representa el número de
condiciones posibles. Las dos técnicas para modulación digital que se han analizado hasta ahora (FSK binario
y BPSK), son sistemas binarios; sólo hay dos condiciones posibles de salida. Una representa un 1 lógico y la
otra un 0 lógico; por tanto, son sistemas M−ario donde M = 2. Con la modulación digital, con frecuencia es
ventajoso codificar a un nivel más alto que el binario. Por ejemplo, un sistema de PSK, con cuatro posibles
fases de salida, es un sistema M−ario en donde M = 4. Si hubiera ocho posibles fases de salida, M= 8,
etcétera. Matemáticamente,
N = Iog2 M
en donde N = número de bits
M = número de condiciones de salida posibles con N bits
• TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE CUATERNARIA (QPSK)
La transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) o, en cuadratura PSK, como a veces se le
llama, es otra forma de modulación digital de modulación angular de amplitud constante. La QPSK es una
técnica de codificación M−ario, en donde M=4 (de ahí el nombre de cuaternaria, que significa 4). Con QPSK
son posibles cuatro fases de salida, para una sola frecuencia de la portadora. Debido a que hay cuatro fases de
salida diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de entrada diferentes. Ya que la entrada digital a un
modulador de QPSK es una señal binaria (base 2), para producir cuatro condiciones diferentes de entrada, se
necesita más de un solo BIT de entrada. Con 2 bits, hay cuatro posibles condiciones: 00, 01, 10 y 11. En
consecuencia, con QPSK, los datos de entrada binarios se combinan en grupos de 2 bits llamados dibits. Cada
código dibit genera una de las cuatro fases de entrada posibles. Por tanto, para cada dibit de 2 bits
introducidos al modulador, ocurre un solo cambio de salida. Así que, la razón de cambio en la salida es la
mitad de la razón de BIT de entrada.
Transmisor de QPSK
En la figura 8 se muestra un diagrama a bloques de un modulador de QPSK. Dos bits (un dibit) se introducen
al derivador de bits. Después que ambos bits han sido introducidos, en forma serial, salen simultáneamente en
forma paralela. Un BIT se dirige al canal I y el otro al canal Q. El BIT I modula una portadora que está en fase
con el oscilador de referencia (de ahí el nombre de I para el canal en fase), y el BIT Q modula una portadora
que está 90° fuera de fase o en cuadratura con la portadora de referencia (de ahí el nombre de Q para el canal
de cuadratura).
FIGURA 8
Puede verse que una vez que un dibit ha sido derivado en los canales I y Q, la operación es igual que en el
modulador de BPSK. En esencia, un modulador de QPSK son dos moduladores, de BPSK, combinados en
paralelo.
En la figura 9 puede verse que, con QPSK, cada una de las cuatro posibles fases de salida tiene, exactamente,
la misma amplitud. En consecuencia, la información binaria tiene que ser codificada por completo en la fase
de la señal de salida.
FIGURA 9
Consideraciones de ancho de banda para el QPSK
12
Con QPSK, ya que los datos de entrada se dividen en dos canales, la tasa de bits en el canal I, o en el canal Q,
es igual a la mitad de la tasa de datos de entrada (fb/2). En consecuencia, la frecuencia fundamental, más alta,
presente en la entrada de datos al modulador balanceado, I o Q, es igual a un cuarto de la tasa de datos de
entrada (la mitad de fb/2: fb/4). Como resultado, la salida de los moduladores balanceados, I y Q, requiere de
un mínimo ancho de banda de Nyquist de doble lado, igual a la mitad de la tasa de bits que están entrando.
fN = 2(fb/4) = fb/2
Por tanto con QPSK, se realiza una compresión de ancho de banda (el ancho de banda mínimo es menor a la
tasa de bits que están entrando).
Receptor de QPSK
El diagrama a bloques de un receptor QPSK se muestra en la figura 10. El derivador de potencia dirige la
señal QPSK de entrada a los detectores de producto, I y Q, y al circuito de recuperación de la portadora. El
circuito de recuperación de la portadora reproduce la señal original del modulador de la portadora de
transmisión. La portadora recuperada tiene que ser coherente, en frecuencia y fase, con la portadora de
referencia transmisora. La señal QPSK se demodula en los detectores de producto, I y Q, que generan los bits
de datos, I y Q, originales. Las salidas de los detectores de productos alimentan al circuito para combinar bits,
donde se convierten de canales de datos, I y Q, paralelos a un solo flujo de datos de salida binarios.
FIGURA 10
• PSK DE OCHO FASES (8−PSK)
Un PSK de ocho fases (8−PSK), es una técnica para codificar M−ario en donde M= 8. Con un modulador de
8−PSK, hay ocho posibles fases de salida. Para codificar ocho fases diferentes, los bits que están entrando se
consideran en grupos de 3 bits, llamados tribits (23 = 8).
Transmisor PSK de ocho fases
Un diagrama a bloques de un modulador de 8−PSK se muestra en la figura 11. El flujo de bits seriales que
están entrando se introduce al desplazador de bits, en donde se convierte a una salida paralela de tres canales
(el canal I, o en fase; el canal Q, o en cuadratura y el canal C, o de control). En consecuencia, la tasa de bits,
en cada uno de los tres canales, es fb/3. Los bits en los canales I y C' (C negado), entran al convertidor de los
niveles 2 a 4 del canal I, y los bits en los canales Q y C' entran el convertidor de los niveles 2 a 4, del canal Q.
En esencia, los convertidores de los niveles 2 a 4 son convertidores digital a análogo (DAC) de entrada
paralela. Con 2 bits de entrada, son posibles cuatro voltajes de salida. El algoritmo para los DAC es bastante
sencillo. El BIT I o Q determina la polaridad de la señal analógica de salida (1 lógico = +V y 0 lógico = −V),
mientras que la C o el BIT C' determina la magnitud (1 lógico = 1.307V y 0 lógico = 0.541V). En
consecuencia, con dos magnitudes y dos polaridades, son posibles cuatro condiciones de salida diferentes.
FIGURA 11
En la figura 12 puede verse que la separación angular, entre cualquiera de dos fasores adyacentes, es de 45°,
la mitad de lo que es con QPSK. Por tanto, una señal 8−PSK puede experimentar un cambio de fase de casi
±22.5°, durante la transmisión, y todavía tener su integridad. Además, cada fasor es de igual magnitud; la
condición tribit (información actual) se contiene, de nuevo, sólo en la fase de la señal.
FIGURA 12
Consideraciones del ancho de banda para el 8−PSK
13
Con el 8−PSK ya que los datos se dividen en tres canales, la tasa de bits en el canal I, Q, o C, es igual a un
tercio de la tasa de datos de entrada binarios (fb/3), (El derivador de bits estira los bits I, Q y C a tres veces su
longitud de BIT de entrada). Debido a que los bits I, Q y C tienen una salida simultánea y en paralelo, los
convertidores de nivela de 2 a 4, también ven un cambio en sus entradas (y en consecuencia sus salidas) a una
tasa igual a fb/3.
Receptor 8−PSK
La figura 13 muestra un diagrama a bloques de un receptor de 8−PSK. El derivador de potencia dirige la señal
de 8−PSK de entrada, a los detectores de producto I y Q, y al circuito de recuperación de la portadora. El
circuito de recuperación de la portadora reproduce la señal original del oscilador de referencia. La señal de
8−PSK que está entrando se mezcla con la portadora recuperada, en el detector de productos I y con una
portadora de cuadratura en el detector de producto Q. Las salidas de los detectores de producto son señales
PAM, de nivel 4, que alimentan a los convertidores análogos a digital (ADC), del nivel 4 a 2. Las salidas del
convertidor de nivel 4 a 2, canal I, son los bits I y C, mientras que las salidas del convertidor de nivel 4 a 2,
canal Q, son los bits Q y C'. El circuito lógico de paralelo a serial conviene los pares de BIT, I/C y Q/C', a
flujos de datos de salida serial I, Q y C.
FIGURA 13
• PSK DE DIECISÉIS FASES (16−PSK)
El PSK de dieciséis fases (16−PSK) es una técnica de codificación M−ario, en donde M = 16; hay 16
diferentes fases de salida posibles. Un modulador de 16−PSK actúa en los datos que están entrando en grupos
de 4 bits (24 = 16), llamados quadbits (bits en cuadratura). La fase de salida no cambia, hasta que 4 bits han
sido introducidos al modulador. Por tanto, la razón de cambio de salida y el mínimo ancho de banda son
iguales a un cuarto de la tasa de bits que están entrando (fb/4). La tabla de verdad y el diagrama de
constelación para un transmisor de 16−PSK se muestran en la figura 14.
FIGURA 14
• MODULACIÓN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)
La modulación de amplitud en cuadratura (QAM), es una forma de modulación digital en donde la
información digital está contenida, tanto en la amplitud como en la fase de la portadora trasmitida.
QAM DE OCHO (8−QAM)
El QAM de ocho (8−QAM), es una técnica de codificación M−ario, en donde M = 8. A diferencia del 8−PSK,
la señal de salida de un modulador de 8−QAM no es una señal de amplitud constante.
Transmisor de QAM de ocho
La figura 15 muestra el diagrama a bloques de un transmisor de 8−QAM. Como pueda verse, la única
diferencia, entre el transmisor de 8−QAM y el transmisor de 8−PSK es la omisión del inversor entre el canal
C y el modulador da producto Q.
FIGURA 15
Consideraciones del ancho de banda para el QAM de ocho
En el 8−QAM, la tasa de bits, en los canales I y Q, es un tercio de la tasa binaria de entrada, al igual que con
14
el 8−PSK. Como resultado, la frecuencia de modulación fundamental más alta y la razón de cambio de salida
más rápida en 8−QAM, son iguales que para el 8−PSK. Por tanto, el mínimo ancho de banda requerido para
8−QAM es fb/3, al igual que en el 8−PSK.
Receptor de QAM de ocho
Un receptor de 8−QAM es casi idéntico al receptor de 8−PSK. Las diferencias son los niveles PAM, en la
salida de los detectores de producto, y las señales binarias a la salida de los convertidores análogo a digital.
Debido a que hay dos amplitudes de transmisión posibles, con 8−QAM, que son diferentes de aquellas
factibles con el 8−PSK, los cuatro niveles PAM demodulados son diferentes de aquellos en 8−PSK. En
consecuencia, el factor de conversión para los convertidores analógico a digital, también tienen que ser
diferentes. Además, con el 8−QAM las señales de salida binarias del convertidor analógico a digital, del canal
I, son los bits I y C, y las señales de salida binarias del convertidor analógico a digital, del canal Q, son los
bits Q y C.
QAM DE DIECISÉIS (16−QAM)
Así como en 16−PSK, el 16−QAM es un sistema M−ario, en donde M= 16. Actúa sobre los datos de entrada
en grupos de cuatro (24 = l6). Como con el 8−QAM, tanto la fase y la amplitud de la portadora transmisora
son variados.
Transmisor QAM de dieciséis
El diagrama a bloques para un transmisor de 16−QAM se muestra en la figura 16. Los datos de entrada
binaria se dividen en cuatro canales: El I, I', Q y Q'. La tasa de bits de rada canal es igual a un cuarto de la tasa
de bits de entrada (fb/4).
FIGURA 16
Consideraciones del ancho de banda para el QAM de dieciséis
Con el l6−QAM, ya que los datos de entrada se dividen en cuatro canales, la tasa de bits en el canal I, I', Q o
Q' es igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada binarios (fb/4). (El derivador de bits estira los bits I, I', Q
y Q', a cuatro veces su longitud de bits de entrada). Además, debido a que estos bits tienen salidas de manera
simultánea y en paralelo, los convertidores de nivel 2 a 4 ven un cambio en sus entradas y salidas a una fase
igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada.
RESUMEN DE FSK, PSK Y QAM
Las distintas formas de FSK, PSK y QAM se resumen en la tabla 1
TABLA 1: RESUMEN DE LA MODULACIÓN DIGITAL
Modulación
FSK
BPSK
QPSK
8−QPSK
8−QAM
16−QPSK
16−QAM
Codificación
Bit
Bit
Dibit
Tribit
Tribit
Quadbit
Quadbit
BW (Hz)
fb
fb
fb / 2
fb / 3
fb / 3
fb / 4
fb / 4
Baudio
fb
fb
fb / 2
fb / 3
fb / 3
fb / 4
fb / 4
Eficiencia BW (bps/Hz)
1
1
2
3
3
4
4
15
RECUPERACIÓN DE LA PORTADORA
La recuperación de la portadora es el proceso de extraer una portadora de referencia coherente, en fase, de una
señal recibida. A esto se le llama, a veces, referencia de fase. En las técnicas de modulación en fase los datos
binarios fueron codificados como fase precisa de la portadora transmitida. Dependiendo del método de
codificación, la separación angular entre los fasores adyacentes varió entre 30º y 180°. Para demodular
correctamente los datos, se recuperó y comparó una portadora de fase coherente, con la portadora recibida, en
un detector de producto. Para determinar la fase absoluta de la portadora recibida, es necesario producir una
portadora en el receptor que sea coherente, en fase, con el oscilador de referencia transmitida. Esta es la
función del circuito de recuperación de la portadora.
Circuito cuadrado
Uno de los métodos que se utiliza para lograr la recuperación de la portadora BPSK, quizá el más común, es el
circuito cuadrado. La figura 17 muestra el diagrama a bloques para un circuito cuadrado. La forma de onda de
BPSK recibida, se filtra y luego se eleva al cuadrado. La filtración reduce el ancho del espectro del ruido
recibido. El circuito cuadrado quita la modulación y genera la segunda armónica de la frecuencia de la
portadora. Esta armónica se rastrea con la fase por el PLL. La frecuencia de salida del VCO del PLL se divide
luego entre 2 y se utiliza como la referencia de fase para los detectores de producto.
FIGURA 17
• TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE DIFERENCIAL (DPSK)
La transmisión por desplazamiento de fase diferencial (DPSK), es una forma alterna de modulación digital en
donde la información de entrada binaria está contenida en la diferencia, entre dos elementos sucesivos de
señalización, en lugar de la fase absoluta. Con DPSK no es necesario recuperar una portadora coherente en
fase. En lugar de eso, se retarda un elemento de señalización por una ranura de tiempo y luego se compara al
siguiente elemento recibido de señalización. La diferencia, en fase, de los dos elementos de señalización
determina la condición lógica de los datos.
BPSK DIFERENCIAL (DBPSK)
Transmisor de DBPSK
La figura 18 se muestra un diagrama de bloques simplificado para un transmisor de transmisión por
desplazamiento de fase binaria diferencial (DBPSK). Un BIT de información entrante usará la XNOR con el
BIT anterior, antes de entrar al modulador de BPSK (modulador balanceado). Para el primer BIT de datos, no
hay un BIT anterior con el cual comparar. Por tanto, se asume un BIT de referencia inicial.
FIGURA 18
Receptor de DBPSK
La figura 19 muestra un diagrama de bloques para un receptor de DBPSK. La señal recibida se retarda por un
tiempo de BIT, luego se compara con el siguiente elemento de señalización en el modulador balanceado. Si
son iguales, se genera un 1 lógico (voltaje +). Si son diferentes, se genera un 0 lógico (voltaje −1). Si se
supone incorrectamente la fase de referencia, sólo el primer BIT demodulado está en error. La codificación
diferencial se puede implantar con esquemas de modulación digital más alta que el binario, aunque los
algoritmos diferenciales son mucho más complicados que para el DBPSK.
FIGURA 19
16
La ventaja principal del DPSK es la simplicidad con la que se puede implantar. Con DPSK, no se necesita
circuito de recuperación de la portadora. Una desventaja del DPSK es que requiere de entre 1 y 3 dB más de
relación señal a ruido para alcanzar la misma tasa de errores de bits que el PSK absoluto.
RECUPERACIÓN DEL RELOJ
Como con cualquier sistema digital, el radio digital requiere de un tiempo preciso o de sincronización de reloj,
entre los circuitos de transmisión y recepción. Debido a esto, es necesario regenerar los relojes en el receptor
que están sincronizados con los del transmisor.
La figura 20 a muestra un circuito sencillo que se utiliza casi siempre para recuperar información del reloj de
los datos recibidos. Los datos recuperados se retardan por la mitad de tiempo de BIT y luego se comparan con
los datos originales en un circuito XOR. La frecuencia del reloj que se recupera con este método es igual a la
tasa de datos recibidos (fb).
FIGURA 20
PROBABILIDAD DE ERROR Y TASA DE ERROR DE BIT
La probabilidad de error P(e) y la tasa de error de BIT (BER), a menudo se utilizan en forma
intercambiable, aunque en la práctica si tienen significados un poco distintos. P(e) es una expectativa
teórica (matemática) de la tasa de error de BIT para un sistema determinado. BER es un registro
empírico (histórico) del verdadero rendimiento de error de BIT en un sistema.
Rendimiento de error de PSK
El rendimiento de error de BIT para los distintos sistemas de modulación digital multifase está directamente
relacionado con la distancia entre puntos en un diagrama de espacio de estado de la señal. Para los sistemas de
PSK, la fórmula general para los puntos del umbral es:
TP = ± /M (8)
En donde M es el número de estados de señal.
Para PSK, la fórmula general para la distancia máxima entre puntos de señalización se da por
sen = sen(360º/2M) = d / 2D (9)
en donde d = distancia de error
M = número de fases
D = amplitud pico de la señal
resolviendo para d
d = 2D sen(180º/M) (10)
Los niveles más altos de modulación (por ejemplo, entre mayor sea el valor de M) requieren de una mayor
relación de la densidad de potencia de energía por BIT a ruido, para reducir el efecto de la interferencia de
ruido. En consecuencia, entre más alto sea el nivel de modulación más pequeña será la separación angular
entre puntos de señal, y más pequeña la distancia de error. La expresión general para la probabilidad de error
17
del BIT de un sistema PSK de fase−M es:
(11)
en donde erf(z) = función de error
(12)
con
en donde Eb/N0 = relación de densidad de potencia de energía por BIT a ruido
C/N = relación de potencia de portadora a ruido
B/fb = relación del ancho de banda de ruido a la tasa de bits
Sustituyendo la ecuación 11 puede mostrarse que QPSK proporciona el mismo rendimiento de error que el
BPSK. Esto se debe a que la reducción en 3dB, en distancia de error para QPSK, se desplaza por la reducción
en 3dB en su ancho de banda. Por tanto, ambos sistemas proporcionan un rendimiento óptimo.
Rendimiento de error del QAM
Para un gran número de puntos de señal (por ejemplo, sistemas M−ario mayores a 4), el QAM funcionará
mejor que el PSK. Esto se debe a que la distancia, entre dos puntos de señalización en un sistema de PSK, es
más pequeña que la distancia entre puntos en un sistema QAM comparable. La expresión general para la
distancia entre puntos de señalización adyacentes para un sistema QAM con nivel L en cada eje es
(13)
en donde d = distancia de error
L = número de niveles en cada eje
D = amplitud pico de la señal
Al comparar la ecuación 10 con la ecuación 13, puede verse que los sistemas QAM tienen una ventaja sobre
los sistemas PSK, con el mismo nivel de potencia de la señal pico.
La expresión general para la probabilidad de error de BIT de un sistema QAM de nivel L es
(14)
en donde erfc(z) = función de error complementaria
(15)
La figura 21 muestra el rendimiento de error para los sistemas QAM de 4, 16, 32 y 64 como función de
Eb/N0. La tabla 2 indica las mismas relaciones de potencia de la portadora a ruido y las relaciones de la
densidad de potencia de energía por BIT a ruido, para una probabilidad de error de 10−6 para varios esquemas
de modulación PSK y QAM.
FIGURA 21
18
TABLA 2: COMPARACIÓN DEL RENDIMIENTO
DE VARIOS ESQUEMAS PARA MODULACIÓN DIGITAL
(BER = 10−6)
Modulación
BPSK
QPSK
4−QAM
8−QAM
8−PSK
16−PSK
16−QAM
32−QAM
64−QAM
Relación C/N (dB)
10.6
13.6
13.6
17.6
18.5
24.3
20.5
24.4
26.6
Relación Eb/N0 (dB)
10.6
10.6
10.6
10.6
14
18.3
14.5
17.4
18.8
Rendimiento de error del FSK
La probabilidad de error para los sistemas FSK se evalúa en forma un tanto diferente a los PSK y QAM. Hay
en esencia sólo dos tipos de sistemas FSK: no coherente (asíncronos) y coherentes (síncronos). Con FSK no
coherente, el transmisor y el receptor no están sincronizados en frecuencia o fase. Con FSK coherente, las
señales de referencia del receptor local están cerradas, en frecuencia y en fase, con las señales transmitidas. La
probabilidad de error para FSK no coherente es:
(16)
La probabilidad de error para FSK coherente es
(17)
FIGURA 22
La figura 22 muestra las curvas de probabilidad de error, para FSK coherente y no coherente para varios
valores de Eb/N0. De las ecuaciones 16 y 17 puede determinarse que la probabilidad de error para FSK no
coherente es mayor que la del FSK coherente para iguales relaciones de la densidad de potencia de energía por
BIT a ruido.
11. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
• INVESTIGATIVA
FORMATO ENCUESTA
Tecnológica Autónoma del Pacífico
Encuesta para Electrónica y Telecomunicaciones.
Nombre: _________________________
19
Carrera: _________________________ Semestre: ____
Marca con una X su respuesta adecuada de acuerdo a sus conocimientos en Electrónica y Comunicaciones.
• Considera usted importantes los Sistemas de Comunicaciones?
♦ Si
♦ No
• Conoce usted un Sistema de Comunicaciones Digitales?
♦ Si
♦ No
• Sabe como se establece una comunicación por Medios Guiados o Lógicos?
♦ Si
♦ No
• Cómo le gustaría que fueran sus clases de Redes y Telecomunicaciones?
♦ Prácticas
♦ Teóricas
♦ Ambos términos
• Cómo le gustaría realizar sus Prácticas en clase para los Sistemas de Comunicación Digital?
♦ Supervisión del Docente
♦ Manual del Usuario
♦ Ambos términos
♦ Le gustaría conocer el Principio de Funcionamiento de una comunicación Digital observando
y midiendo las características que se presentan?
⋅ Si
⋅ No
♦ Conoce usted elementos para medir y visualizar los diferentes tipos de señales de
comunicación?
⋅ Si
⋅ No
Cuales:
___________________________________________________________________________________
♦ Considera importante que la Tecnológica Autónoma del Pacífico posea elementos con los que
se pueda realizar practicas de Comunicaciones Digitales?
⋅ Si
⋅ No
⋅ No sabe, no responde
♦ En cual sede de la Tecnológica Autónoma del Pacífico le gustaría realizar sus practicas de
comunicaciones?
⋅ Sede Principal
⋅ Sede Antigua
⋅ Sede Alterna
◊ INVESTIGATIVA DESCRIPTIVA
20
TABULACIONES DE LA ENCUESTA
♦ Considera usted importante los Sistemas de Comunicaciones
⋅ Si
⋅ No
El 100% (cien por ciento) de los estudiantes opina que es importante las comunicaciones ya
que son la base de la tecnología.
♦ Conoce usted un Sistema de Comunicaciones Digitales?
⋅ Si
⋅ No
Los Sistemas de Comunicaciones Digitales son demasiado importantes en el manejo técnico
del Alumno para que pueda tener un Contacto llevando a cabo diversas pruebas durante su
Horario de Clase.
Por tal motivo se aprecia que el 67% de los estudiantes de la TAP conoce un sistema de
comunicación digital.
♦ Sabe como se establece una comunicación por Medios Guiados o Lógicos?
⋅ Si
⋅ No
Para llevar a cabo una Verdadera Practica, debe saber como es que se puede transmitir la
Información por lo que existen diferentes MEDIOS GUIADOS para realizar un Enlace Físico
entre un TRANSMISOR y un RECEPTOR; por otra parte también se transmiten MEDIOS
LÓGICOS, los cuales pertenecen a un Procesamiento de Datos los cuales utilizan de otros
componentes con Diferentes Características. Detectamos entonces que solo un 50% de los
estudiantes conocen estos tipos de medios.
♦ Cómo le gustaría que fueran sus clases de Redes y Telecomunicaciones?
⋅ Prácticas
⋅ Teóricas
⋅ Ambos términos
Las clases teórico−practicas son al parecer el mejor medio de que el docente llegue al
alumno; aunque existe una fuerte tendencia a que las clases sean practicas.
♦ Cómo le gustaría que fueran sus clases de Redes y Telecomunicaciones?
⋅ Prácticas
⋅ Teóricas
⋅ Ambos términos
Los Alumnos de la TAP desean llevar a cabo Practicas, siempre y cuando, estén asesorados
por un Docente el cual despeja las dudas teóricas. Esta característica se observa con un 73%
de los encuestados
♦ Le gustaría conocer el Principio de Funcionamiento de una comunicación Digital observando
21
y midiendo las características que se presentan?
♦ Si
♦ No
Tanto los alumnos como los Docentes realizan Investigaciones para comprender el
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO de una Comunicación digital llegando a comprender
las formas de transmisión.
♦ Conoce usted elementos para medir y visualizar los diferentes tipos de señales de
comunicación?
♦ Si
♦ No
Los Alumnos encuestados poco conocen sobre la Medición de Señales de Transmisión por lo
que los Docentes explican los Pasos a Seguir para manejar elementos como OSCILOSCOPIO
y FRECUENCIMETRO
♦ Considera importante que la Tecnológica Autónoma del Pacífico posea elementos con los que
se pueda realizar practicas de Comunicaciones Digitales?
♦ Si
♦ No
♦ No sabe, no responde
Es importante que la TAP cuente con instrumentos en los cuales se puedan apreciar las
comunicaciones digitales en los cuales se puedan dictar y afianzar los conocimientos.
♦ En cual sede de la Tecnológica Autónoma del Pacifico le gustaría realizar sus practicas de
comunicaciones ¿
♦ Sede Principal
♦ Sede Antigua
♦ Sede Alterna
El 64 % del personal encuestado prefiere que las practicas que se lleven a cabo sobre el banco
sean realizadas la sede principal, otro 33% opina que la sede antigua es la apropiada y entre
tanto una minoría del 3% opina que la sede alterna seria la adecuada para realizar las
practicas.
12. MONTO DE LA INVERSIÓN
REQUERIMIENTOS:
◊ Mueble en madera con base metálica
◊ Butacos en madera
◊ Transmisor de AM.
◊ Transmisor de FM.
◊ Receptor de AM.
◊ Receptor de AM:
◊ Generador de señal
◊ Frecuencimetro
◊ Instrumentos de medición
◊ Cableado para conexiones
DESCRIPCION
CANTIDAD VR. UNI.
22
Mueble madera
Butaco en madera
1
4
VR.
PARCIAL
$ 350.000
$ 350.000
$ 25.000
$ 100.000
VR. TOTAL 1 $ 450.000
INSTRUMENTOS:
DESCRIPCIÓN
CANTIDAD VR. UNIDAD
Transmisor AM.
Transmisor FM.
Receptor AM.
Receptor FM.
Generador de señales
Frecuencimetro
Instrumentos de medición
Cableado para conexiones
1
1
1
1
1
1
1
1 juego
$ 300.000
$ 400.000
$ 150.000
$ 170.000
$1.350.000
$1.750.000
$ 250.000
$ 60.000
VR. Total 2
VR.
PARCIAL
$ 300.000
$ 400.000
$ 150.000
$ 170.000
$ 1.350.000
$1.750.000
$ 250.000
$ 60.000
$ 4.430.000
Sumatoria total de la inversión es de $ 4.880.000
Los aportes para la construcción del banco de comunicaciones digitales se obtendrán: el 70 %
mediante los aportes equitativos de los integrantes del grupo y el 30% restante será aporte de
la Tecnológica Autónoma del Pacifico
13. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN
♦ Elaboración del circuito impreso para los transmisores de AM:
♦ Ensamble de los componentes en los circuitos de los transmisores
♦ Calibración y puesta a punto de los transmisores
♦ Prueba de transmisores
♦ Ensamble y acoplamiento de los instrumentos de medición, transmisores, generador de señal
y receptores.
♦ Prueba final de acoplamiento entre componentes del banco de comunicaciones.
14. UBICACIÓN
El Banco de Comunicaciones estará instalado en el Laboratorio de Electrónica y
Telecomunicaciones, en la Sede Principal para el año 2005.
15. DESARROLLO DEL PROCESO DE ADMINISTRACIÓN
PLANEACIÓN
Los estudiantes de Séptimo Semestre en Ingeniería Electrónica tienen una base fundamental
como las Telecomunicaciones, es por eso que realizarán una breve investigación de la Serie
de Componentes los cuales pueden llegar a conformar un Sistema de Comunicaciones
Digitales tomando una detallada información por medio de los docentes o personas que nos
sepan recomendar acerca del funcionamiento de cada uno de los elementos relacionados con
23
el Proyecto. Cuando se halla obtenido dicha información, es necesario llevar las ideas de los
circuitos a un Plano Practico Real logrando realizar unas pruebas especificas para el
desarrollo del proyecto; si se verifica que el circuito esta funcionando, el Grupo de Trabajo
debe realizar el Análisis completo de las Señales que se pueden obtener del banco por medio
de los Instrumentos de Medición
ORGANIZACIÓN
◊ Área de Trabajo. Los Alumnos que están interesados en realizar un Sistema de
Comunicaciones Digitales deban contar con un Área Amplia de Trabajo la cual debe
contar con ciertas características como el Cableado Eléctrico exigido en toda área
comercial (estandarizado), ya que se va a conectar el Banco para su funcionamiento
y, además, va a servir para integrarlos a los campos de Luminosidad y Ventilación
que son propias de un Laboratorio; debemos tener también en cuenta la Señalización,
Seguridad y Limpieza para otorgar una mejor Presentación del Área a los alumnos
que realizan practicas en este banco y a los alumnos de diferentes facultades
interesados en conocer la Instalación y Operación del Banco.
◊ Perfil del Personal
⋅ Fabricante. La(s) persona(s) encargada de realizar las labores
correspondientes en la construcción de un o unos equipos didácticos de
Redes y Telecomunicación, con los cuales se desean realizar practicas en un
Sistema de Comunicaciones Digitales, primordialmente, debe conocer un
Sistema Básico de Comunicaciones; además de conocer dicho sistema,
también debe haber cursado un Nivel Técnico en Ingeniería Electrónica
siendo así un personal calificado para desempeñar dichas labores como:
Diseño, Corrección, Mantenimiento y Ensamblaje de Equipos Electrónicos
de Telecomunicaciones.
⋅ Usuario. La(s) persona(s) encargada de operar un Sistema de
Comunicaciones Digitales debe tener claros conocimientos de los Conceptos
de Redes y Telemática logrando describir cada uno de los elementos que se
distribuyen en el Banco de Trabajo conociendo además el Funcionamiento de
los componentes por medio de las Instrucciones de un Docente Académico,
el cual debe saber interpretar el Manual establecido para los Usuarios.
DIRECCIÓN
La Tecnológica Autónoma del Pacifico debe contar con un personal calificado para realizar
las diferentes pruebas probadas teóricamente en el Sistema de Comunicaciones Digitales
como son:
◊ Docentes: Encargados de realizar las practicas en un correspondiente Horario de
Clase abarcando las Materias de Redes y Telemática, por lo que llevará las ideas
planteadas por los alumnos a un contacto con la realidad.
◊ Alumnos: Con el animo de aprender y aclarar la duda acerca de la Transmisión de
Datos, ellos deben plantear infinidad de ideas para poder observar el Proceso de
Emisión y Recepción de Datos bajo la Supervisión del Docente.
16. DIAGRAMA DE FLUJO # 1
Prestación de Servicios a los Alumnos
Diagrama
24
#
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
A
B
C
Opción
Inicio
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso
Proceso Final
Fin
Pregunta
Pregunta
Pregunta
Descripción
Ingreso de Alumnos
Atención del Monitor
Ubicación de el(los) Grupo(s) de Trabajo
Retirada del Alumno
Inicio de Prácticas
Realizar Pedido de Elementos
Practicar con Grupos, que tengan Elementos a la Mano
Entrega de Carnet a Monitor
Anexar Préstamo a Formato
Préstamo de Elementos a Alumno o Usuario
Montaje del Circuito
Activar Sistema de Comunicación Digital
Se tiene Batola de Practica para el Laboratorio?
Se necesitan Elementos?
Tiene estos Elementos?
17. DIAGRAMA DE FLUJO #2
Prácticas en el Sistema de Comunicación Digital
Diagrama
#
Opción
12 Inicio
13 Proceso
14 Proceso Final
15 Proceso
16 Proceso
17 Proceso
18 Proceso
19 Proceso
20 Proceso
21 Proceso
22 Proceso Final
23 Fin
D Pregunta
E Pregunta
F Pregunta
G Pregunta
Descripción
Activar Sistema de Comunicación Digital
Mantenimiento
Cancelar Prácticas
Realizar Prácticas por medio de las Guías o Talleres
Consulta al Señor Docente
Adaptar Circuito al Sistema de Comunicación Digital
Realizar el Montaje de nuevo
Comprobar la Teoría
Desactivar el Sistema de Comunicación Digital
Fin de Prácticas
Despedida
Guardar los Elementos
El Sistema de Comunicación Digital Funciona?
Se puede solucionar la Falla?
El Montaje presenta Fallas?
Se solucionó Problema en el Circuito?
18. EVALUACIÓN DEL PROYECTO.
RELACIÓN BENEFICIO−COSTO
◊ Beneficios
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⋅ La Clasificación de los conceptos a los estudiantes ya que se tiene la
posibilidad de ver y manipular los elementos de los cuales se ha redactado
con anterioridad, refiriéndonos a la Parte Teórica.
⋅ Permite que la concepción sea rápida y la explicación sea concisa, teniendo
como base de Pruebas el Banco de telecomunicaciones Digital.
⋅ Permite disponer de diversos dispositivos simultáneamente, haciendo más
fácil el manejo más fácil para Practicarlo.
⋅ Complementa las clases Teóricas permitiendo establecer criterios en le
Montaje de determinados y específicos circuitos, los cuales después de ser
analizados y detallados en cada una de sus variables estudiadas se calcula un
Margen de error(Porcentaje) Practico−teórico, y se delimita por aparte los
Parámetros para la Emisión y recepción; además, la Calidad y eficiencia de
Transmisión.
◊ Costos
La inversión es de $ 4.880.000
Los aportes para la construcción del banco de comunicaciones digitales se obtendrán: el 70 %
mediante los aportes equitativos de los integrantes del grupo y el 30% restante será aporte de
la Tecnológica Autónoma del Pacifico
El Listado de Implementos es el siguiente:
◊ Mueble en madera con base metálica
◊ Butacos en madera
◊ Transmisor de AM.
◊ Transmisor de FM.
◊ Receptor de AM.
◊ Receptor de AM.
◊ Generador de señal
◊ Frecuencimetro
◊ Instrumentos de medición
◊ Cableado para conexiones
La Relación Beneficio−Costo satisface y cumple con las expectativas planteadas con el
Origen de la Idea base de la necesidad de unos elementos con los cuales se permitan realizar
pruebas para presentarle a los Estudiantes de la Tecnológica un Modelo Base para llevar a
cabo una Comunicación perfilando a la Institución con un Ente de Calidad Educativa
Superior.
INDICADORES
# Estudiantes que son atendidos −> −> 41
# Total de Estudiantes para Ing. Electrónica −> 77
La Formula planteada anteriormente nos da un Total del 53.2% de los estudiantes que
comienzan formarse en Clases de REDES Y TELEMÁTICA, aplicándose las clases a los
Alumnos desde III Semestre hasta VII Semestre.
Ya que este margen es demasiado reducido, nos hemos limitado a redactar unas Soluciones
previas para la Institución:
◊ Establecer la Motivación al estudiante en el Aprendizaje y otorgándole una serie de
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Practicas según el tema que se esté planteando en el momento que sea necesaria la
utilización del Banco de telecomunicaciones Digitales.
◊ Realizar una segmentación para los grupos de Trabajo, ya que algunos tienden a ser
bastante Numerosos, permitiendo así que las Practicas se realicen por lo menos en
Grupos de 4 Personas en un Limite de tiempo establecido, para así asegurarnos que el
estudiantado sea participe Activo de las Practicas que se llevan a cabo.
◊ Fomentar en clase las Modalidades de comunicación y plantear problemáticas que se
puedan presentar en dicha Comunicación, crear expectativas y demostrarlas en las
Practicas por medio de esta ayuda, solicitando siempre una accesoria técnica ya sea
del docente o del encargado de Manipular los Circuitos.
PRUEBAS
Tipo de Prueba
Modulación
Emisión
Recepción
Adaptar circuitos
Configuración de
Transmisión
Pulsos
Petición
Resultado
Modular
Visualizar señal PPM
Enviar señales a una Antena Medir la Frecuencia
◊ Medir la frecuencia
Observar las frecuencias
◊ Adaptar Sistema a
Circuito
Crear sistema de Protección Realizar Practicas
Establecer una distancia ente Medir Frecuencia para realizar
el Emisor y el Receptor
Procedimientos Matemáticos
Obtener un generador de
Observar señales en el
señal
Osciloscopio
19. RECOMENDACIONES
◊ En un futuro se debe suministrar al banco elementos y equipos que vayan de la mano
con la tecnología, ya que esta avanza cada día.
◊ Dotar al Sistema de Comunicaciones Digitales de elementos vistos en el Ámbito
Tecnológico, dotándolo de los mejores implementos de la Actualidad
◊ Tener en cuenta que se debe pensar en elementos que pueden llegar a conformar el
Sistema de Comunicaciones Digitales, por lo que corresponde ampliar posiblemente
el Tablero para las Practicas
◊ Realizar un Chequeo Check List al encender el Sistema de Comunicación Digital,
verificando los Valores Iniciales de los Diferentes Parámetros de cada Instrumento
◊ Proveer al Sistema de Comunicaciones de un Sistema de Protección contra
Cortocircuitos (Estabilizador) y balancear las Cargas en la Toma de Alimentación
asegurando el Aterrizaje de los Componentes (Polo a Tierra)
◊ No acoplar señales con instrumentos externos al Sistema de Comunicación Digital
◊ Realizar un Mantenimiento Preventivo cada 2 meses
◊ Pedir la Accesoria del Docente antes de llevarse a cabo una Practica en el Sistema de
Comunicaciones
◊ Cuando no se realicen Practicas, Mantener el Sistema de Comunicación Digital libre
de Polvo
20. CONCLUSIONES
◊ El Proyecto es acogido por la Comunidad Estudiantil, ya que por ser un elemento
didáctico facilita las practicas que se pueden llevar a cabo en él.
◊ Con este Proyecto se cumple realmente con las Expectativas Planteadas en un
comienzo, el cual es dotar a la Institución de un Sistema que permita visualizar,
manipular elementos utilizados comúnmente para la Transmisión y recepción de una
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determinada señal por Medios Guiados y No Guiados.
◊ Se puede destacar que los Alumnos desde III Semestre, de la Facultad de Ingeniería
Electrónica, son capaces de interpretar el Funcionamiento de un Sistema de
Comunicación; por lo cual se está preparando mejores Clases en el Transcurso de los
Semestres
◊ Con el Sistema de Comunicación Digital, se ha creado una Herramienta de Trabajo
para facilitar la Pedagogía a los Docentes y mejorar el Conocimiento de los Alumnos
◊ La Consolidación del Proyecto Educativo Practico−Teórico se ve básicamente
solidificado ya que tiene Elementos Didácticos para llevar a cabo un Sinnúmero de
Actividades, resolviendo sus Diferentes Parámetros mediante las Formulas
Matemáticas. Dándonos cuenta que las Señales que se obtienen, se pueden medir y
visualizar con los Diferentes Instrumentos de Medición; demostramos una
Simulación de un Verdadero Sistema de Comunicación adquiriendo provecho de las
Señales que se toman como Muestra para el Análisis Final
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