Guía de Laboratorio QAM: Modulación y Demodulación

Sistemas de comunicación II. Guía 8
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Facultad: Ingeniería
Escuela: Electrónica
Asignatura: Sistemas de comunicación II
Tema: Modulación QAM.
Contenidos
Formas de onda del modulador 8 QAM
Formas de onda del demodulador 8 QAM
Diagrama de constelación y efecto de ruido
Objetivos Específicos
Observar el proceso de la modulación y demodulación QAM
Realizar una conexión en 8QAM
Analizar el efecto de ruido en la conexión
Introducción teórica
Quadrature Amplitude Modulation (QAM) o Modulación de Amplitud en Cuadratura
(MAK)
La QAM es una forma de modulación digital cuya información está contenida tanto en la fase como
en la amplitud de la portadora transmitida.
8 QAM
En la 8 QAM los datos se dividen en grupos de 3 bits (Tribit), uno de los cuales varía la amplitud de
la portadora y los otros dos la fase. La señal modulada puede así tomar 4 diferentes fases y dos
diferentes amplitudes, por un total de 8 estados diferentes (figura 1)
16 QAM
En la 16 QAM los datos se dividen en grupos de 4 bits (cuadribits). Las 16 posibles combinaciones
varían la amplitud y la fase de la portadora, la cual por tal razón puede tomar 16 estados diferentes
(Figura 1).
n QAM
En el estado actual, se llega a una división de los datos en grupos de 9 bits, obteniendo
constelaciones con 512 puntos de modulación.
Aspectos principales
Los principales factores que caracterizan la QAM son:
• Aplicaciones en módems para transmisión de datos de alta velocidad (ITU-T V22bis, V29, V32,
V32bis, V33, V34, V34bis, BELL 209) y en la transmisión de radio digital
• Requiere circuitos de elevada complejidad
• Probabilidad de error de elevada complejidad
• Fb es la velocidad de transmisión de los bits y “n” el número de bits considerados para la
modulación, el espectro mínimo Bw de la señal modulada resulta igual a Fb/n
• La eficiencia de transmisión, definida como relación entre Fb y Bw, resulta igual a “n”
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•
El Baudio o Baud rate, definido como la velocidad de modulación o velocidad de símbolo, es
igual a Fb/n
Figura 1.Constelaciones para 8QAM y 16QAM
Modulador QAM
El diagrama funcional de de un modulador 8QAM se muestra en la figura 2, mientras que el
diagrama de bloques del modulador se muestra en la figura 3.
La señal 8 QAM puede verse como una señal 4 PSK cuya amplitud puede tomar dos valores
diferentes; de esta forma, cada “intervalo de modulación” dependerá del estado de 3 bits de datos
(“I”, “Q”,”C”): los primeros dos determinan la fase de la señal de salida y el tercero la amplitud.
Figura 2. Modulador 8QAM
Sistemas de comunicación II. Guía 8
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Figura 3. Diagrama en bloques del modulador 8QAM utilizado en el laboratorio.
Demodulador 8 QAM
El demodulador 8 QAM colocado en el módulo utiliza el demodulador 4 PSK para detectar las
señales “I” y “Q”, mientras que la señal “C” se obtiene detectando la amplitud de los valores
positivos de la señal “I”. Dicha amplitud puede tomar dos valores positivos y dos negativos, en
función del valor de la señal “C” en transmisión. El demodulador “C” detecta cual de los dos niveles
está presente en la señal de llegada. Si el nivel es el mas elevado se obtiene el valor de “1”,
mientras que si es el nivel más bajo se obtiene el valor “0”.
El diagrama de bloques del demodulador 8 QAM se muestra en la figura 4, mientras que la figura 5
destaca las secciones del módulo utilizadas para ello.
Figura 4. Demodulador 8QAM.
El demodulador comprende los siguientes circuitos:
•
•
•
•
•
•
El regenerador de las portadoras a 0° y 90° (el mismo del demodulador 4PSK)
Dos demoduladores 2PSK (indicados en el diagrama I-DEM y Q-DEM)
Dos filtros paso bajo
Un circuito que discrimina la amplitud de la señal “I”, lo cual permite obtener la señal “C”
Un circuito de extracción de reloj de los datos y tres circuitos de retemporización de los datos.
Las señales “I”, “Q” y “C” se suministran en las salidas TP31, TP35 y TP39
4 Sistemas de comunicación II. Guía 8
Figura 5. Demodulador 8QAM utilizador en la practica.
Materiales y Equipo
Unidad de alimentación PSU
Módulo de experimentación MCM 31
Osciloscopio
Procedimiento
Formas
de onda del modulador 8 QAM
Bibliografía
1. Alimentar el módulo
2. Predisponer
el circuito en modo 8 QAM absoluta, con fuente de datos de 24 bits y sin
Guía
1
codificación de los datos (conectar J1a-J3c-J4-J5-J6c; SW2 = normal, SW3=24 bits,
SW4=1200, SW5= 1200/90°, SW6=QAM, SW7=Squaring loop, SW8= Tribit, ATT= min,
NOISE=min)
3. Predisponer una secuencia de datos cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 (lo cual
facilitará la observación de onda modulada detectada en el osciloscopio) y a continuación
pulsar START
4. Conectar el osciloscopio a TP14 y a TP16 y analizar la señal de datos y la señal 8 QAM.
Regular PHASE para obtener los saltos de fase de la portadora en correspondencia con
0/90/180/270°. Se obtienen formas de onda similares a las de la figura 6.
Sistemas de comunicación II. Guía 8
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Figura 6. Señales correspondientes a la modulación y demodulación QAM.
5. Analizar las formas de onda en TP4, TP6, TP7 y TP8 ¿qué se puede afirmar? __________.
6. Analizar la señal modulada TP16 ¿Qué se puede afirmar? ____________________________
7. ¿Cuál es la duración de 1 bit y la duración de 1 símbolo? ____________________________
Formas de onda del demodulador 8 QAM
1. Mantener las condiciones anteriores.
2. Predisponer una secuencia de datos cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 y a
continuación pulsar START.
3. Conectar el osciloscopio a TP16 y a TP20, para analizar la señal 8QAM antes y después del
canal de comunicación. Regular PHASE para obtener los saltos de fase de la portadora en
correspondencia con 0/90/180/270°
4. Observar el efecto del canal de comunicación en la señal 8 QAM. Ya que el canal de
comunicación es de banda limitada, las transiciones de fase de la señal 8 QAM de salida
resultan levemente niveladas.
5. El demodulador 8 QAM utiliza el demodulador 4PSK para detectar las señales “I” y “Q”,
mientras que la señal “C” se obtiene detectando la amplitud de los valores positivos de la
señal “I”. Dicha amplitud puede tomar dos valores positivos y dos negativos, en función del
valor de la señal “C” en transmisión. El demodulador “C” detecta cual de los dos niveles está
presente en la señal de llegada. Si el nivel es el más elevado, se obtiene el valor “1”
mientras que si el nivel es el más bajo se obtiene un valor de “0”.
6. En detalle: El demodulador I_DEM constituido por un doble muestreador que muestrea las
medias ondas positivas y negativas de la señal 8 QAM entrante, proporciona la señal que se
muestra en la figura 6 (TP23). El reloj de muestreo consta de la portadora de 1200 Hz
regenerada por la sección Carrier Recovery. Además el filtro paso bajo elimina los residuos
6 Sistemas de comunicación II. Guía 8
de la portadora de 1200 Hz. En la salida del filtro (TP24) se obtiene una señal con 4 posibles
amplitudes, 2 positivas y 2 negativas. También, el circuito siguiente muestrea la señal en el
centro del intervalo del símbolo. Se obtiene una forma de onda conformada, siempre con 4
niveles de amplitud (TP27). La señal “I” (TP31) se extrae de un circuito de umbral, que
proporciona un nivel alto (bit “1”) cuando en TP27 se tiene tensión positiva y un nivel bajo
(bit “0”) cuando en TP27 se tiene una tensión negativa. La señal “C” en TP30 se obtiene de
un detector seguido de un circuito de umbral; estos proporcionan un nivel alto (bit 1)
cuando la tensión en TP24 es la mas alta y un nivel bajo (bit 0) cuando la tensión es la mas
baja. La señal “Q” se extrae de manera similar a la señal “I”, utilizando el demodulador
Q_DEM y los circuitos sucesivos.
7. ¿Cuál es el reloj de muestreo del símbolo recibido? ¿cuál es el reloj de
bit?__________________
8. Puede verificarse que las señales “I” y “Q” recibidas sean intercambiadas (o de signo
opuesto) respecto a las transmitidas. Esto es comprensible ya que el demodulador no sabe
cual de las fases de llegada es 0° o 180° y dicha ambigüedad puede llevar a la inversión de
los datos demodulados. La ambigüedad se evitará realizando antes de da modulación una
codificación diferenciadle los datos. Pulsar eventualmente Phase Sync hasta obtener las
señales “I” y “Q” con signo correcto.
9. Analizar en TP9 los datos recibidos. Pulsar Phase Sync hasta obtener los datos recibidos
iguales a los transmitidos (TP4)
Diagrama de constelación y efecto de ruido
1. Colocar las siguientes condiciones (J1a-J3c-J4-J5-J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24 bits, SW4 =
1200, SW5 = 1200/90°, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, ATT = min,
NOISE = min)
2. Predisponer una secuencia de datos cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 y a
continuación pulsar START
3. Predisponer el osciloscopio de la siguiente manera: Modo X-Y. Entradas DC y 1 V/DIV
4. Conectar TP27 y TP28 a las entradas X e Y del osciloscopio
5. Dibujar el diagrama de constelación. que se visualiza. _______________
6. Insertar gradualmente ruido (NOISE) y observar el desplazamiento de los puntos de la
constelación.
7. ¿Cómo pueden predisponerse los circuitos para llevar a cabo una medida de la tasa de error
en el sistema de comunicación QAM? ________________________________
8. Predisponer los circuitos con base a la respuesta anterior
9. Aumentar gradualmente el ruido
10. Observar el desplazamiento de los puntos de la constelación y el simultáneo aumento de los
bits de error en recepción.
11. Apagar y desconectar todo el equipo.
Investigación complementaria
1. Presente las graficas obtenidas y responda las preguntas planteadas a lo largo de la guía
Guía 3
Bibliografía
Guía 4
Modulaciones digitales. Módulo MCM31/EV. Tomo 1/2. Teoría y ejercicios. Elettronica Veneta.
Guía 3
Lección 980. Paginas 45-60.
fía
Guía 4
fía
Sistemas de comunicación II. Guía 8
Hoja de cotejo:
Docente:
Guía 8: Modulación QAM.
7
1
1
Máquina No:
MáquinaGL:
No:
Alumno:
Tema: Presentación del programa
Alumno:
Docente:
Máquinaa No: Fecha:
GL:
Docente:
GL:
EVALUACION
%
CONOCIMIENTO
Del
20
al
30%
APLICACIÓN
DEL
CONOCIMIENTO
Del
40%
al
60%
1-4
5-7
8-10
Conocimiento
deficiente
de los
fundamentos
teóricos
Conocimiento
y explicación
incompleta de
los
fundamentos
teóricos
Conocimiento
completo y
explicación
clara de los
fundamentos
teóricos
No tiene
actitud
proactiva.
Actitud
propositiva y
con
propuestas no
aplicables al
contenido de
la guía.
Tiene actitud
proactiva y
sus
propuestas
son
concretas.
ACTITUD
Del
15%
al
30%
TOTAL
100%
Nota