Transmisión Digital - El Conocimiento es Vida

Transmisión Digital
• Modulación por Desplazamiento de
Fase (PSK)
ð Modulación digital de magnitud constante, similar a la
modulación de fase convencional que tiene: señal de
entrada binaria y salida con un número limitado de fases.
ð Tipos:
ü PSK Binario:
Ÿ Dos fases de salida para una sola frecuencia portadora
ü PSK M- ario:
Ÿ M fases de salida para una sola frecuencia portadora.
Ÿ M se relaciona con el número de bits (N) de N = log M
2
entrada al modulador antes de un cambio en
M = 2N
la salida.
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
11
1
Transmisión Digital
• Modulación por Desplazamiento de
Fase Binaria (BPSK)
ð Conforme la señal de entrada cambia de estado, la fase de la
portadora de salida se desplaza entre dos ángulos con una
diferencia de 180° entre ellos.
ð Transmisor de PSK binario:
T1
Entrada
de Datos
Binarios
Modulador
Balanceado
Filtro Pasa
Banda
BPF
Salida de
PSK
Analógica
Entrada de
Portadora de
Referencia
T2
D3
D4
Salida
Modulada
D2
Oscilador de
la Portadora
de Referencia
MODULADOR BPSK
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
D1
MODULADOR
BALANCEADO
Entrada
Binaria
22
2
Transmisión Digital
• Señales en el Transmisor BPSK
ð Señal de Entrada Binaria:
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0°
180°
0°
180°
0°
180°
ð Señal de Salida Analógica:
180°
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
0°
180°
0°
180°
33
3
Transmisión Digital
• Señal de salida en el Transmisor BPSK
ø Tabla de Verdad
É Diagrama de Constelación
Entrada Fase de
Binaria
Salida
0 lógico...
180º
1 lógico...
0º
ü También conocido como
Diagrama de Espacio de
Estado de Señal
+90º
+90º
Cos(ωct)
±180º
0 lógico
±180º
-Sen(ωct)
0 lógico
0º
1 lógico
0º
Sen(ωct)
1 lógico
-90º
-90º
-Cos(ωct)
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
ï Diagrama Fasorial
44
4
Transmisión Digital
• Ancho de Banda de una Señal BPSK
ð El modulador balanceado es un
modulador de producto, la señal
de salida es el producto de las dos
señales de entrada.( ±1 ⇒ ±Sen[ωct])
Entrada
0
1
T1
f=fb/2
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
0
Frecuencia
fundamental
más alta
Entrada
binaria
Salida
Modulador analógica
de BPSK
(Balanceado)
Portadora de
Referencia
ð La máxima frecuencia fundamental
de la señal moduladora (onda
cuadrada) es la mitad de la razón de
bits de entrada (fa = fb/2).
55
5
Transmisión Digital
• Ancho de Banda de una Señal BPSK
ð Matemáticamente:
Salida = Sen(ωa t ) ∗ Sen(ωc t )
ω a = Máx. Frecuencia Fundamental Moduladora
 ω = Frecuencia Portadora de Referencia
 c
Salida = 1 Cos[(ωc − ωa )t ] − 1 Cos[(ωc + ωa )t ]
2
2
ø Espectro de Frecuencias:
½
ωc -ωa
ωc
ωc +ωa
-½
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
ø Ancho de Banda Mínimo:
ü ωN = (ωc+ ωa)-(ωc- ωa)
ωN = 2ωa
ü fN = 2fa = 2fb/2
ü fN = fb
66
6
Transmisión Digital
• Receptor de BPSK
ð Conformado básicamente por tres bloques:
• Recuperación de Portadora:
Circuito que detecta y regenera
una señal de portadora que es
coherente, tanto en frecuencia
como en fase, con la señal
portadora del transmisor original.
Modulador
Balanceado
LPF
Recuperación
Coherente de
Portadora
RECEPTOR BPSK
‚ Modulador Balanceado:
Realiza el producto entre la señal BPSK y la Portadora recuperada.
ƒ Filtro Pasa Bajas (LPF):
Separa los datos binarios recuperados de la señal demodulada compleja.
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
77
7
Transmisión Digital
• Modulación por Desplazamiento de
Fase Cuaternaria (QPSK)
ð Técnica de codificación M-aria, con M=4, en la cual existen
cuatro posibles fases de salida.
ð Generar esas cuatro fases de salida hace necesario contar con
cuatro condiciones diferentes de entrada, para lo cual se
agrupan de dos a dos (dibit) los bits de la entrada binaria.
ð Los dibit posibles son: 00 - 01 - 10 - 11
ð Por cada dibit (dos bits) introducido al modulador ocurre un
cambio en la señal de salida, ocasionando que la Tasa de
Baudios sea entonces la mitad de la Tasa de bits.
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
88
8
Transmisión Digital
• Transmisor QPSK
Canal I (fb/2)
1 lógico = + 1 V
0 lógico = - 1 V
Entrada
Buffer
Datos de entrada
binarios (fb)
Reloj de
bits
I
Oscilador de la
Portadora de
Referencia
(Sen[wct])
Modulador
Balanceado
±Sen(wct)
Sen(wct)
Salida de QPSK
(fb/2)
Sumador
Lineal
Q
BPF
Desplazamiento
de Fase
(90º)
÷2
Cos(wct)
1 lógico = + 1 V
0 lógico = - 1 V
Canal Q (fb/2)
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
Modulador
Balanceado
±Cos(wct)
99
9
Transmisión Digital
• Ancho de Banda de una Señal QPSK
ð Cada modulador balanceado
recibe un canal (I o Q), cuya
tasa de bits es fb/2.
Entrada
0
0
1
1
4Tb
f=fb/4
Frecuencia
fundamental
más alta
ð La máxima frecuencia fundamental de la señal
moduladora (onda cuadrada) es la mitad de la razón de bits
del canal Q o I (fa = fb/4).
½
ð Ancho de Banda Mínimo:
ü ωN = (ωc+ ωa)-(ωc- ωa) à ωN = 2ωa
ü fN = 2fa = 2fb/4
à fN = fb /2
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
ωc -ωa
ωc
ωc +ωa
-½
10
10
10
Transmisión Digital
• Receptor de QPSK
Canal I
- Sen(wct)+ Cos(wct)
(Sen(wct)) (- Sen(wct)+ Cos(wct))
LPF
-½ V(0 lógico)
Sen(wct)
- Sen(wct)+ Cos(wct)
BPF
Detector de
Producto
Derivador
de Potencia
Recuperación
Portadora
(Sen[wct])
Señal
QPSK de
Entrada
Q
(+90º)
Datos
Binarios de
Recepción
Cos(wct)
- Sen(wct)+ Cos(wct)
Canal Q
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
I
Detector de
Producto
½ V(1 lógico)
LPF
(Cos(wct)) (- Sen(wct)+ Cos(wct))
11
11
11
Transmisión Digital
• QPSK de Compensación
Datos de
Entrada Canal I
÷ Modulador
Modulador
Balanceado
½ Retardo
de Bit
Sen(wct)
Oscilador de
la Portadora
de Referencia
Sumador
Lineal
Salida de QPSK
(fb)
BPF
(+90º)
É Diagrama de Constelación
Cos(wct)
Modulador
Balanceado
Datos de
Entrada Canal Q
Q I
1 0
É Alineación de Bits
Datos de Entrada
Canal I
(135º) Cos(ω ct)
Q I
1 1
(45º)
tb
b0
b1
b2
b3
-Sen(ω ct)
Sen(ω ct)
t b/2
Datos de Entrada
Canal Q
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
b0
tb
b1
b2
b3
Q I
0 0
(-135º)
Q I
-Cos(ω ct)
0 1
(-45º)
12
12
12
Transmisión Digital
• PSK de Ocho Fases (8 - PSK)
ð Técnica de codificación M-aria, con M=8, en la cual existen
ocho posibles fases de salida. Los bits de entrada se agrupan
de tres a tres (tribit, 23 = 8). La tasa de bits de cada canal será
fb/3 y la tasa de baudios igualmente fb/3.
ð Diagrama de bloques del Modulador 8 - PSK
fb/3
I Convertidor PAM Modulador
de 2 a 4
C
Datos de
Entrada fb
Q
I
C
fb/3
Oscilador de
Referencia
Sen(wct)
Sumador
Lineal
Salida de 8-PSK
(fb/3)
(+90º)
C
fb/3
Cos(wct)
Q Convertidor PAM Modulador
de 2 a 4
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
Balanceado
Balanceado
13
13
13
Transmisión Digital
ø
• Convertidores de Nivel 2 a 4.
Tabla de Verdad. Canal I.
Canales I y Q.
Entrada
Binaria
I
C
0
0
ø Tabla de Verdad. Canal Q.
Salida
-0.541V
Entrada
Binaria
C
Salida
0
1
-1.307V
Q
1
0
+0.541V
0
1
1
1
+1.307V
0
0
-0.541V
1
1
+1.307V
1
0
+0.541V
+1.307V
-1.307V
+0.541V
0V
-0.541V
-1.307V
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
ï Niveles PAM
14
14
14
Transmisión Digital
ø
• Señales de salida en el Modulador
8 - PSK
Tabla de Verdad
Entrada Binaria
Fase de Salida de
8 - PSK
Q
I
C
0
0
0
-112.5º
0
0
1
-157.5º
0
1
0
-67.5º
0
1
1
-22.5º
1
0
0
+112.5º
1
0
1
+157.5º
1
1
0
+67.5º
1
1
1
+22.5º
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
É Diagrama Fasorial
-0.541Sen(ω ct)+1.307Cos(ω ct)
1 0 0
-1.307Sen(ω ct)+0.541Cos(ω ct)
1 0 1
-1.307Sen(ω ct)-0.541Cos(ω ct)
0 0 1
-0.541Sen(ω ct)-1.307Cos(ω ct)
0 0 0
+0.541Sen(ω ct)+1.307Cos(ω ct)
1 1 0
+1.307Sen(ω ct)+0.541Cos(ω ct)
1 1 1
+1.307Sen(ω ct)-0.541Cos(ω ct)
0 1 1
+0.541Sen(ω ct)-1.307Cos(ω ct)
0 1 0
15
15
15
Transmisión Digital
• Ancho de Banda de la Señal 8 - PSK
ð Cada modulador balanceado
recibe un canal (I o Q), cuya
tasa de bits es fb/3.
Entrada
0
0
0
1
1
1
6Tb
f=fb/6
Frecuencia
fundamental
más alta
ð La máxima frecuencia fundamental de la señal moduladora
(onda cuadrada) es la mitad de la razón de bits del canal Q o I
(fa = fb/6). Igualmente la Tasa de Baudios es fb/3.
ð Ancho de Banda Mínimo:
ü ωN = (ωc+ ωa)-(ωc- ωa) à ωN = 2ωa
ü fN = 2fa = 2fb/6
à fN = fb /3
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
½
ωc -ωa
ωc
ωc +ωa
-½
16
16
16
Transmisión Digital
• Receptor de 8 - PSK
Canal I
Señal
QPSK de
Entrada
Derivador
de Potencia
Recuperación
Portadora
(Sen[wct])
Detector de
Producto
PAM Nivel 4
Convertidor I
de Analógico
a Digital
C
Sen(wct)
Q
I
C
(+90º)
Convertidor de
Paralelo a Serial
Cos(wct)
Canal Q
FOCC
FOCC -- UNET
UNET
Detector de
Producto
Convertidor C
de Analógico
PAM Nivel 4
a Digital
Q
Datos
Binarios de
Recepción
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17
17