MODULACIÓN POR PULSOS

MODULACIÓN POR PULSOS
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Modulación por Pulsos
Las modulaciones analógicas estudiadas previamente,
resultaban
adecuadas
para
que
los
canales
de
comunicación se compartieran en FDM.
En la modulación por pulsos, a un tren continuo de pulsos,
se le modifica alguno de sus parámetros. Tal como se hace
con una portadora senoidal en una modulación analógica.
La modulación por pulsos facilita el multiplexado TDM
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Modulación por Pulsos
Para obtener las distintos tipos de modulación por
pulsos, la señal analógica debe ser muestreada.
va
Ts=1/f s
t
Ta=1/f a
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3
Modulación por Pulsos
Para poder realizar un muestreo sin pérdida de información
se necesita tomar muestras a una frecuencia fs>>fa.
Nyquis demostró que la frecuencia mínima de muestreo
es:
fs>2 fa máx
Donde fa
máx
es la máxima frecuencia de la señal
moduladora.
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4
Modulación PAM
S(t)
t
Ts
t
G(t)
t
F(t)
vPAM
t
5
5
Modulación PAM
F (t ) = D + A cos(ωa t ) S (t ) =
f PAM
τ
T
∞
τ
n =1
T
+ 2∑
sen(nπ
nπ
τ
τ
)
T cos(nω t )
s
T
τ
τ sen(nπ T )
= F (t ) S (t ) = F (t )[ + 2∑
cos(nω s t )]
τ
T
n =1 T
nπ
τ
∞
T
f PAM = F (t ) S (t ) = [ F (t )
6
τ
T
∞
τ
n =1
T
+ 2∑ F (t )
sen(nπ
nπ
τ
T
τ
)
T cos(nω t )]
s
6
Modulación PAM
7
7
Modulación PAM
8
8
TDM
MULTIPLEXOR
DESMULTIPLEXOR
Canales de
Entrada
Canales de
Salida
1
2
1
Medio de
Comunicación
3
3
4
4
Sincronismo
9
2
Sincronismo
9
TDM - Modulación PAM
S(t)
t
Ts
t
A(t)
B(t)
t
t
vPAM
t
ab cd s
10
10
Modulación PAM
Ventajas de la modulación PAM
Permite enviar más de un canal usando TDM
Desventajas de la modulación PAM
Mayor ancho de banda que la señal analógica.
Sensible al ruido en forma similar a las señales de AM
11
11
Modulación PWM
12
12
Modulación PWM
13
13
PCM
El PCM consta de tres procesos :
•Muestrear la señal de información (PAM)
•Cuantificar
•Codificar
14
14
PCM
Cuantificar:
En este proceso la señal analógica se divide en un
determinado número de niveles.
Son típicos usar 8 bits para señales de voz y 16
bits música de alta fidelidad.
El número de niveles resultantes es: N= 2m
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15
Cuantificar
S(t)
Ts
t
7 A(t)
7
6
5
4
3
2
1
0
t
N= 2 3=8
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16
PCM
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17
Modulación de señales digitales
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18
Modulaciones Básicas
· FSK: Frequency Shift Keying
· ASK: Amplitude Shift Keying
· PSK: Phase Shift Keying
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19
Modulación ASK
0
VC
1
1
Datos
0
0
1
t
t
VASK
Portadora
ASK
20
20
Modulación FSK
0
VC
1
1
Datos
0
0
1
t
t
Portadora
VFSK
FSK
21
21
Modulación PSK
0
VC
1
1
Datos
0
0
1
t
t
VPSK
Portadora
t
PSK
22
22
Desviación de frecuencia en modulación FSK
"0"
"1"
f [Herz]
1700
1200
2200
BELL 202
23
23
Funciones de Bessel
1
0.75
Jn ( 0 , x)
Jn ( 1 , x)
0.5
Jn ( 2 , x)
Jn ( 3 , x) 0.25
Jn ( 4 , x)
Jn ( 5 , x)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0.25
0.5
x
24
24
Modulación FSK
"0"
"1"
f [Herz]
1700
1200
2200
BELL 202
25
25
Espectro de Modulación FSK
"0"
"1"
500 1100 1700 2300 2900
1200
2200
600 600
26
f [Herz]
BELL 202
26
Límites para la modulación FSK en un
canal telefónico
AB =2fb
fb = AB/2
R = fb máx = 1200 bps (normalizado)
R=D
Modo: Half Duplex 2H
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27
Modulador de FSK
Datos digitales a
modular
VCO
Señal FSK
28
28
Demodulación de una Señal FSK
Señal FSK
Amp. y
Filtro
Pasabajos
Comparador
de Fase
Datos de información
Demodulada
VCO
29
29
Modulador de PSK
Señal PSK
Datos digitales a
modular
+1
-1
Modulador
Balanceado
sen wt
-sen wt
sen wt
Señal Portadora
30
30
Límites para la modulación PSK en un
canal telefónico
AB = fb
fb = AB
R = fb máx = 2400 bps (normalizado)
R=D
Modo: Half Duplex 2H
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31
Espectro expandido (Spread Spectrum)
Motivos de su difusión
•Congestión de las bandas con servicios que:
a) No tienen organismos de control o lo tienen en
forma limitada
b) No requieren licencias para ser operadas
•Seguridad y confiabilidad contra interferencias
•Privacidad de la información transmitida
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32
La idea básica es expandir la información de la señal
sobre un ancho de banda mayor para dificultar:
Interferencias
Intercepción
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33
Fórmula de Shanon
La máxima capacidad teórica de un canal con
ruido blanco (máxima tasa de datos sin tener
errores) es:
C = AB log2 (1 + S/N)
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bits x seg.
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Espectro expandido (Spread Spectrum)
Bandas disponibles sin necesidad de licencia:
902 MHz a 928 MHz
2,4 GHz a 2,483 GHz
5,725 GHz a 5,85 GHz
Hasta 1 W de potencia
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35
Tipos básicos de espectro expandido (SS)
FH (Frequency Hopping)
DS (Direct Sequence)
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36
Transmisor FHSS
Datos Binarios
Modulador
FSK
Mezclador
Filtro Pasa
Banda
Amp.
de potencia
RF
Sintetizador
Reloj
37
Generador de
Código
seudoaleatorio
37
Frecuencias de
salida
Cambios aleatorios de frecuencia para FHSS
Saltos de f
Tiempo
t0 t1
Tiempo de Paro
38
38
Datos y temporizado aleatorio para FHSS
Datos binarios
de información
tb
Duración de bit
Tiempos seudo
aleatorios de f
1 2 3 4 5 6 7
n
Tiempo de paro
39
39
Receptor de FHSS
Amplificador
Banda Ancha
Mezclador
FI
Demodulador
FSK
Dato serie
original
Sintetizador
de
frecuencia
Reloj
40
Generador de
Código
Seudolaleatorio Idem al transmisor
40
FHSS: “FREQUENCY HOPPING SPREAD
SPECTRUM”
RESUMIENDO
• La señal se emite sobre una serie de radio-frecuencias aparentemente
aleatorias
• Se salta de frecuencia en frecuencia por cada fracción de segundo
transcurrida.
• El receptor captará el mensaje saltando de frecuencia en frecuencia
sincrónicamente con el transmisor decodificando el mensaje
• Los receptores no autorizados escucharán una señal ininteligible.
• Receptores no sincronizados sólo escuchan ‘bips’
• El transmisor opera en un único canal a la vez
• Los bits se transmiten usando algún tipo de codificación
• La secuencia de canales viene especificada por el código de expansión
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DS - Secuencia Directa
COMO SE PRODUCE LA EXPANSION DEL
ESPECTRO
42
42
Transmisor de DSSS
Datos binarios
Modulador
BPSK
Amp. de
potencia de
RF
Oscilador de
portadora
Reloj
43
Generador de
Código
Seudolaleatorio
43
Señales en el transmisor de DSSS
Datos binarios
de información
Código seudo
aleatorio
Salida X-OR
Salida PSK
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Receptor (DSSS)
SINCRONISMO
RELOJ
45
45
Comparación DSSS y FHSS en el
espectro de frecuencias
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Ventajas de la modulación SS
Brinda:
•Seguridad:
Previene la información de receptores no
autorizados
•Resistencia a interferencias:
Se evitan por que las mismas se
encuentran en una determinada frecuencia.
•Posibilidad de compartir banda:
Por muchos usuarios con mínima interferencia.
Uso muy eficiente de la banda.
•Temporizado preciso:
Código pseudo-aleatatorio permite determinar con
precisión el inicio y final de la comunicación.
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