Tema: Modulación PSK.

Sistemas de comunicación II. Guía 7 1
Facultad: Ingeniería
Escuela: Electrónica
Asignatura: Sistemas de comunicación II
Tema: Modulación PSK.
Contenidos
Formas de onda del modulador PSK.
Formas de onda del demodulador PSK.
Demodulación PSK con circuito Costas Loop
Objetivos Específicos
Describir la modulación y demodulación PSK.
Realizar una conexión en PSK, con modulación absoluta y diferencial.
Analizar el efecto de ruido en la conexión.
Introducción teórica
Phase Shift Keying (PSK) o Modulación por desplazamiento de fase (MDF)
En esta forma de modulación la portadora sinusoidal toma dos valores de fase o más, determinados
directamente por la señal de datos binaria (modulación de 2 fases) o la combinación de un
determinado número de bits de la señal de datos misma (modulación e N fases). En esta práctica se
estudiará la modulación PSK de 2 fases. En la PSK de 2 fases, denominada 2-PSK, Binary PSK
(BPSK) o Phase Reversal Keying (PRK), la portadora senoidal toma dos valores de fase,
determinados por la señal de datos binaria (figura 1). Una técnica de modulación es la que utiliza un
modulador balanceado. La sinusoide de salida del modulador es la portadora de entrada directa o
inversa (o sea desfasada 180°), en función de la señal de datos.
Figura 1. Modulación PSK
2 Sistemas de comunicación II. Guía 7
Diagrama de constelación.
Los estados de modulación PSK se representan mediante puntos en un diagrama vectorial. Cada
punto identifica un estado de modulación, caracterizado por una fase y una amplitud. Esta
representación se denomina diagrama de constelación o simplemente constelación.
Aspectos principales.
Los principales factores que caracterizan a la BPSK son:
Utilización en la transmisión de radio digital
Requiere circuitos de complejidad medio – alta
Probabilidad de error elevada pero menor a la FSK
Denominada Fb la velocidad de transmisión de los bits, el espectro mínimo Bw de la señal
modulada resulta mayor que Fb
La eficiencia de transmisión, definida como relación entre Fb y Bw resulta menor que 1
El Baudio o Baud rate se define como velocidad de modulación o velocidad de símbolo, es
igual a la velocidad de transmisión Fb
Modulador BPSK
El diagrama de bloques del modulador BPSK se muestra en la figura 2.
Figura 2. Modulador BPSK
La portadora senoidal (1200 Hz) se aplica a una entrada del modulador balanceado 1 y en la otra
entrada se aplica la señal de datos (indicada con I). El circuito realiza la función de modulador
balanceado y multiplica las dos señales aplicadas a las entradas.
En la salida se obtiene la portadora senoidal directa cuando la señal de datos conmuta a nivel bajo
(bit “0”) e invertida (desfasada de 180°) cuando el bit es “1”. La señal BPSK entra luego en el
sumador, utilizada para las modulaciones FSK/QPSK/QAM y sale a través de una etapa separadora.
El atenuador de 6 dB demedia la amplitud de la señal y se activa sólo con la QAM. Para bloquear el
funcionamiento del modulador balanceado 2 en modo BPSK, la entrada de datos del modulador 2
debe posicionarse en J3 = b.
Sistemas de comunicación II. Guía 7 3
Demodulación BPSK con regenerador de portadora.
La demodulación (figura 3) se lleva a cabo a través de un demodulador de producto, al cual llegan
la señal PSK y una portadora regenerada localmente; ésta debe tener la misma frecuencia y fase
que la utilizada en la transmisión (o sea debe ser coherente con la señal recibida) y se extrae de la
señal PSK, tal como se describe seguidamente. Matemáticamente el proceso de Demodulación se
cumple como se indica a continuación:
Sean:
+sen(wc*t): señal instantánea PSK correspondiente al bit de datos “1”, con fc=wc/2π frecuencia
-sen(wc*t):
Sen(wc*t):
de portadora
señal PSK correspondiente al bit “0”
portadora regenerada
Cuando la señal PSK es +sen(wc*t) el demodulador proporciona:
[+sen(wc*t)]*[Sen(wc*t)] = sen2 (wc*t) = ½ * [1-cos (wc*t)] = ½ - ½ cos (2wc*t)
Obteniendo de la multiplicación una componente continua (+½) y una componente alterna de
frecuencia el doble de la portadora [cos(2wc*t)]. La componente alterna puede eliminarse a través
del filtro paso bajo, por lo que queda una tensión positiva que representa el bit “1”.
Cuando la señal PSK es - sen (wc*t) el demodulador proporciona:
[-sen(wc*t)]*[Sen(wc*t)] = - sen2 (wc*t) = - ½ * [1-cos (wc*t)] = - ½ + ½ cos (2wc*t)
Ahora la componente continua es negativa (-½). La componente alterna puede eliminarse a través
del filtro paso bajo, por lo que queda una tensión negativa que representa el bit “0”.
Figura 3. Diagrama en bloques del demodulador BPSK por regeneración de portadora
Demodulación BPSK con circuito Costas Loop
El circuito Costas Loop consta de dos secciones, una demodula la señal PSK y las otra mantiene
alineadas la portadora regenerada localmente y la de llegada. El diagrama de principio del
4 Sistemas de comunicación II. Guía 7
demodulador Costas Loop se muestra en la figura 4. El funcionamiento se describe de la siguiente
manera:
Sean:
D(t)*sen(wc*t):
sen(wc*t+ ϑo):
cos(wc*t+ ϑo):
señal BPSK, donde D(t) es la señal de datos que puede tomar los valores “+”
(bit “1”) o “-“ (bit “0”)
Portadora regenerada por el VCO para el demodulador, donde ϑo es el
eventual error de fase respecto a la portadora utilizada por la señal modulada
portadora desfasada 90°
Figura 4. Diagrama en bloques del demodulador BPSK por costas loop.
Materiales y Equipo
Unidad de alimentación PSU
Módulo de experimentación MCM 31
Osciloscopio
Procedimiento
Formas de onda del modulador BPSK
1. Alimentar el módulo
Bibliografía
2. Predisponer el circuito en modo BPSK, con fuente de datos de 24 bits y sin codificación de
los datos (conectar J1c-J3b-J4-J5-J6c; SW2=normal, SW3=24 bits, SW4=1200, SW6=PSK,
GuíaSW7=Squaring
1
loop, SW8= BIT, ATT= min, NOISE=min)
3. Predisponer una secuencia de datos 00/11 alternados y pulsar START
4. Conectar el osciloscopio a TP6 y a TP16, a continuación analizar la señal de datos y la señal
BPSK. Regular PHASE para invertir la fase de la portadora en correspondencia con 0°. Dibuje
las formas de onda.
5. Analizar la portadora en la entrada TP12 y en la salida TP16 del modulador ¿Qué se puede
afirmar? ____________________________________________________________________
Sistemas de comunicación II. Guía 7 5
Formas de onda del demodulador BPSK
6. Mantener las condiciones anteriores
7. Predisponer una secuencia de datos 00/11 alternados y pulsar START
8. Conectar el osciloscopio a TP16 y a TP20, para analizar la señal PSK antes y después del
canal de comunicación (figura C)
9. Observar el efecto del canal de comunicación en la señal PSK. Ya que el canal de
comunicación es de banda limitada, las transiciones de fase de la señal PSK de salida
resultan levemente niveladas.
10. El demodulador PSK (indicado como I_DEM en el diagrama) consta de un doble muestreador
que muestrea las medias ondas positivas y negativas de la señal PSK entrante. El reloj de
muestreo consta de la portadora regenerada por la sección Carrier Recovery.
11. En TP21 se observa la señal rectangular que muestrea la media onda negativa de la señal
PSK. La frecuencia de la señal de muestreo es igual a la frecuencias de la portadora PSK
(1200 Hz) y la duración del muestreo es igual a ¼ del período.
12. ¿Qué tipo de señal se observa en la salida del demodulador TP23? _________________
13. La señal proporcionada por el demodulador PSK pasa un filtro de paso bajo que elimina los
residuos de la portadora de 1200Hz. En la salida del filtro (TP24, figura 6) se obtiene la
forma de onda de la señal de datos detectada.
Figura 6. Graficas en el proceso de demodulación BPSK
6 Sistemas de comunicación II. Guía 7
14. Puede verificarse que los datos recibidos estén invertidos respecto a los transmitidos. Esto se
puede entender 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
evita realizando, antes de la modulación, una codificación diferencial de los datos. Pulsar
eventualmente Phase Sync hasta obtener los datos con signo correcto.
15. La señal de datos conformada puede detectarse en TP31. Observar en el osciloscopio la
correspondencia entre datos transmitidos (TP6) y los recibidos (TP31)
16. En TP32 se observa el reloj de recepción (600 Hz) reconstruido a partir de la señal de datos
y utilizado para retemporizar los datos mismos.
Demodulación PSK con circuito Costas Loop
17. Predisponer el circuito en modo PSK y demodulador Costas Loop (J1c-J3b-J4-J5-J6c;
SW2=Normal, SW3=24 bits, SW4=1200, SW6=PSK, SW7=Costas Loop, SW8=BIT,
ATT=min, NOISE = min)
18. El demodulador Costas Loop consta de dos secciones: la primera (I_DEM) demodula la señal
y la segunda (comprende Q-DEM, el multiplicador y el VCO) mantiene alineadas la portadora
regenerada localmente y la de llegada.
19. La sección de demodulación funciona como el conocido demodulador coherente: en TP23 se
tiene una forma de onda constituida por medias ondas de la señal PSK entrante. La
envolvente de dicha forma de onda (TP24) es la señal demodulada.
20. En condiciones de equilibrio, o sea cuando la portadora generada por el VCO es
perfectamente coherente con la señal PSK ¿qué se debería obtener en TP26? ___________
21. Regular PHASE para obtener la condición que más se acerca a la respuesta anterior.
22. ¿Qué señales están presentes en TP21 y TP22?________________________________
23. La forma de onda de los datos recibidos puede detectarse en TP9. Observar en el
osciloscopio la correspondencia entre datos transmitidos (TP4) y datos recibidos (TP9) (los
datos recibidos resultan retrasados respecto a los transmitidos)
24. Puede verificarse que los datos recibidos estén invertidos respecto a los transmitidos
(desconectar y conectar J5), lo cual se puede entender ya que el demodulador no sabe cuál
de las fases de llegada sea 0° o 180°, y dicha ambigüedad puede llevar a la inversión de los
datos demodulados.
25. ¿Cómo es posible eliminar dicha ambigüedad?_________________________________
26. Predisponer el circuito con base a la respuesta anterior y observar que los datos recibidos
(TP9) ahora resultan libres de ambigüedad de signo y son siempre iguales a los transmitidos
(TP4), incluso si se interrumpe momentáneamente la línea (desconectar y conectar J5)
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
Sistemas de comunicación II. Guía 7 7
Hoja de cotejo:
Docente:
Guía 7: Modulación PSK.
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