PRÁCTICA 3a: MODULACIÓN PCM LINEAL

PRÁCTICA 3a: MODULACIÓN PCM LINEAL
OBJETIVOS:
•
Introducir las nociones generales sobre la modulación PCM (Pulse Code Modulation) ó
modulación por pulsos codificados.
•
Describir los aspectos relativos a la transmisión de señales pulsivas en canales de banda
limitada.
Codificación PCM lineal
•
Analizar el funcionamiento del codificador y del decodificador PCM lineal de 4 y 12 bits
•
Trazar la curva de cuantificación y verificar la ley de codificación
•
Verificar la calidad de transmisión de la voz al variar la ley de codificación y la frecuencia
de muestreo.
1.- MODULACIÓN PCM
En los sistemas de modulación estudiados hasta el momento, la señal analógica de entrada
modificaba algún parámetro de la portadora, sin embargo, la filosofía de una modulación PCM,
estudiada en esta práctica, no es la misma. La modulación PCM es una modulación digital en
banda base.
En la figura 2.1 se muestra el proceso de digitalización de una señal analógica o
modulación PCM.
a.- La señal analógica de entrada, se muestrea con una cierta periodicidad, obteniéndose a su
salida una serie de valores numéricos correspondientes a cada una de las muestras.
Práctica 3a:
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
b.- Estos valores numéricos deben ser convertidos en códigos binarios para ser transmitidos a
través de circuitos digitales de conmutación, en los que solo son posibles dos niveles diferentes
de tensión, caracterizados como “1” o “0”.
1 1 0 0 1
Muestra analógicas de x(t)
Señal
analógica
F.P.B
MUESTREO
Muestras discretas de x(t)
CUANTIFICACIÓN
L niveles
fc = W
CODIFICACIÓN
Palabra
de n bits
muestra
Conversor A/D
fs
Figura 2.1
Aunque en la figura anterior, se ha separado el conversor analógico-digital en dos bloques
denominados cuantificador y codificador, no es más que a efectos didácticos, ya que esta
separación ayuda a comprender mejor los pasos de la digitalización. No debe olvidarse que dichos
bloques son meramente conceptuales y que no existen de forma práctica. La conversión se realiza
en un solo paso, por lo que nunca podrá visualizarse la señal en un punto intermedio del
conversor.
1.1.- Muestreo
Se entiende por muestreo de una señal a la extracción periódica de valores instantáneos,
mediante una señal que se denominará señal de muestreo. Mediante el muestreo se transforma
una señal analógica de entrada, cuya amplitud varia de forma continua, en una secuencia de
pulsos con amplitud constante, cada valor de amplitud representa el nivel que tenía la señal
analógica de entrada en el instante del muestreo.
El paso previo al muestreo consiste en limitar la señal en banda, para evitar que se
provoque el efecto de “aliasing” o solapamiento de muestras espectrales. Según la teoría de
Nyquist la frecuencia de muestreo debe cumplir f s ≥ 2 w , siendo w la máxima frecuencia de la
señal.
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1.2.- Cuantificación y Codificación
Las muestras obtenidas mediante el muestreo podrían ser transmitidas directamente, sin
embargo, esta transmisión sería muy sensible a los ruidos que se pueden superponer a los pulsos
durante la transmisión y que provocarían variaciones en su amplitud. Para evitar esta influencia
del ruido es preferible codificar los pulsos de la señal muestreada.
Puesto que las muestras pueden tomar infinitos valores de amplitud, resulta prácticamente
imposible codificar cada una de ellas, por lo que el paso previo a la codificación pasa por
establecer una escala de valores fijos o niveles de decisión y atribuir a la amplitud de cada muestra
el valor más próximo a ella, a esta operación se le denomina “cuantificación”.
El cuantificador atribuye a los pulsos, cuyas amplitudes están comprendidas dentro de
cierto intervalo ”∆” (escalón cuántico), un único valor de tensión bien determinado, que suele ser
el valor intermedio de todos los presentes en ese escalón.
Al cuantificar la señal se cometen errores ya que dos amplitudes de valor diferente, pero
que están situadas en un mismo escalón cuántico, producen la misma señal de salida. A este error
limitado cometido en la cuantificación se le denomina “error de cuantificación”. Cuantos más
niveles de decisión (más escalones cuánticos) tenga el cuantificador menor será el error cometido
en la etapa de cuantificación.
Así, puede entenderse las ventajas e inconvenientes de una modulación digital frente a
una analógica. Mientras que una modulación digital es inmune al ruido introducido durante la
transmisión, será muy difícil que dicho ruido convierte un “1” en un “0” y viceversa, introduce el
ruido de cuántificación. Dicho ruido es inevitable y se encuentra limitado a la mitad del escalón
cuántico.
Si el tamaño del escalón cuántico es igual para todos los niveles de señal de entrada se
dice que se trata de un cuantificador o conversor uniforme, sin embargo, si el tamaño de los
escalones cuánticos varia en función del nivel de la señal de entrada se dice que se trata de un
cuantificador o conversor no uniforme.
Una vez que la señal ha pasado por el cuantificador el proceso siguiente es el asignar
código a la señal. Lo más habitual consiste en utilizar códigos binarios de n bits lo cual influye
sobre el número de niveles de decisión del cuantificador, así, si se denomina “L” al número de
niveles de decisión, este debe cumplir: L ≤ 2 n
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1.2.1.- Cuantificación uniforme
En la cuantificación uniforme se divide todo el rango de la señal de entrada en un número
determinado de niveles de la misma anchura. Cada uno de los niveles tiene asignado un código.
En la figura 2.2 se muestra la característica de transferencia de un cuantificador uniforme:
Figura 2.2
La anchura de los escalones cuánticos viene dada por:
∆ =
v max - v min v max - v min
=
L
2n
donde vmax y vmin son los valores límite del cuantificador (margen dinámico de este) y “L” el
número de niveles cuánticos.
Como ejemplo, en la figura 2.3 se muestra la cuantificación uniforme típica de una onda
sinusoidal.
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Nivel de cuantificaicón
6
5
4
3
2
1
1
0
2
3
4
5
6
7
6
7
Impulsos de muestreo
Nivel de cuantificaicón
110
101
100
011
010
001
0
1
2
3
4
5
PCM
Figura 2.3
El sistema PCM uniforme completo es el mostrado en la figura 2.4:
X(t)
X’(t)
Muestreador
F.P.B
Conversor A/D
Uniforme
Conversor p/s
Conversor D/A
Uniforme
Conversor s/p
Figura 2.4
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La señal analógica de entrada se pasa a través de un filtro paso bajo anti-aliasing y llega al
muestreador. El conversor A/D uniforme sucesivo atribuye a los pulsos, cuyas amplitudes están
comprendidas dentro de cierto intervalo ∆V una señal codifica binaria. La salida paralelo del A/D
es transformada en serie por el convertidor P/S sucesivo. Cada bit se representa en forma NRZ,
es decir, con un nivel de tensión positiva (“1”) o nulo (“0”). La duración de cada bit es
equivalente al periodo de trama o periodo de muestreo dividido entre el número n de bits con el
que se realiza la conversión A/D. Por ejemplo: si Ttrama = 125 µs y n= 8, la duración de cada bit
será 125/8=15.625 µs.
La señal PCM serie se transmite a través del canal de transmisión (cable metálico, fibra
óptica, etc.) y llega a un conversor S/P, cuya palabra digital de salida es convertida en un valor
analógico por el conversor D/A sucesivo. La salida del conversor es una señal escalonada que
aproxima la señal analógica de partida. El filtro paso bajo sucesivo limpia la señal y suministra la
forma de onda de partida.
2.- INTERFERENCIA ENTRE SÍMBOLOS
Para entender mejor el efecto de la interferencia entre símbolos se va a analizar el caso de
una transmisión en código NRZ, siendo T el intervalo de bit.
El canal de transmisión va a atenuar y a reducir el espectro correspondiente a cada
símbolo. Una reducción en el espectro supone una mayor duración temporal de la señal, lo cual
provoca que cada símbolo transmitido ocupe un intervalo de tiempo superior al suyo,
denominándose a este efecto interferencia entre símbolos.
En el receptor se muestrea la señal recibida con la intención de decidir cual ha sido el
símbolo transmitido, por ello es importante que la interferencia entre símbolos sea nula o lo
mínima posible, para que la muestra obtenida sea proporcional, exclusivamente, al símbolo
transmitido.
Una interferencia elevada puede llevar a errores en el reconocimiento de los símbolos en
recepción, como se muestra en la figura 2.13.
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0
1
1
Umbral
Umbral
Figura 2.13
Para suprimir la interferencia ente símbolos es preciso que, en los instantes de muestreo,
la forma de onda que representa cada símbolo en recepción, tenga una amplitud proporcional
únicamente al símbolo transmitido. Una forma de onda que satisface este criterio es la sinc(x),
mostrada en la figura 2.14 y definida por:
sin c( x) =
sen(π .x)
π .x
x=
t
T
Sinc(t/T)
-4T
-3T
-2T
t
-T
T
2T
3T
4T
Figura 2.14
Si nos centramos en el canal de transmisión total, constituido por un filtro de transmisión,
el medio de comunicación y un filtro de recepción como muestra la figura 2.15.
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Modulación PCM
FILTRO TX
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MEDIO DE
COMUNICACION
FILTRO RX
CANAL DE TRANSMISION
Figura 2.15
Se puede demostrar que para obtener en recepción impulsos de forma sinc, es preciso que
el canal por el que pasan los impulsos rectangulares tenga una respuesta en frecuencia tipo filtro
paso bajo ideal, con frecuencia de corte equivalente a Bc =
1
2.T
f
Bw=1/2T
Figura 2.16
La respuesta de este filtro es meramente ideal. En la práctica no se pueden realizar filtros
tan abruptos, por lo que se utilizan respuestas de tipo coseno alzado, que continúan satisfaciendo
la condición anterior (interferencia entre símbolos nula en los instantes de muestreo). La figura
2.17 muestra algunas respuestas de coseno alzado y las correspondientes formas de onda de los
pulsos de salida.
Figura 2.17
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Modulación PCM
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3.- DIAGRAMA DE OJO
Para detectar la interferencia entre símbolos se utiliza una representación conocida por su
forma como diagrama de ojos. Un diagrama de ojos, figura 2.18, consiste en la representación
en el osciloscopio de la señal PCM recibida solapando los pulsos.
Si en el osciloscopio se representan, aproximadamente, dos o tres símbolos de la señal
recibida, debido a la persistencia del tubo de rayos catódicos, en pantalla va a aparecer la
superposición de la señal recibida, presentándose esta, como la forma de un ojo humano.
Figura 2.18
En la figura 2.19 muestran tres posibles situaciones que se pueden dar en la señal
obtenida a la salida del canal.
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a.- Diagrama de ojos ideal; b y c.- Diagrama de ojos con distorsión; d.- Diagrama de ojos con
distorsión y ruido
Figura 2.19
En la figura 2.10 muestra las lecturas que se pueden obtener en un diagrama de ojos:
Figura 2.20
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Puede, por tanto, concluirse diciendo que:
1.- El instante óptimo de muestreo se da cuando la apertura de ojo es máxima y coincide con la
mitad de intervalo entre los cruces por cero.
2.- La máxima distorsión se indica por el ancho vertical de las dos ramas en el instante de
muestreo.
3.- El margen de defensa contra el ruido está relacionado con la apertura del ojo.
4.- La duración del ojo va a marcar la sensibilidad del sistema a errores de temporización y por
tanto va a marcar el margen de muestreo.
5.- La cantidad de distorsión en los cruces por cero indica la cantidad de JITTER o variación en
la tasa de reloj y fase.
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4.- VERIFICACIONES EXPERIMENTALES
Material necesario
- Modulo T20B
- Fuente de alimentación
- Osciloscopio
Modulo T20B
El módulo T20B (PULSE CODE MODULATION) está compuesto por los siguientes
bloques:
MODULADOR PCM
Filtro
transmisión
Modulador PCM lineal
T20B
Ruido de
cuantificación
Modulador PCM diferencial
Generador de señal
- Reloj
- Sinusoidal
- Rampa
•
Codificador-decodificador PCM
(PCM con cuantificación no uniforme)
Filtro
receptor
Línea de
transmisión
con ruido
Timining & Generators: Genera una señal sinusoidal de 1 kHz, una rampa de 500 Hz y
las señales de temporización utilizadas en el PCM lineal de 12 bits, en PCM diferencial y
en el Codec.
•
Filtro TX: Filtro paso bajo de frecuencia de corte 3400 Hz. Tiene entrada para señal y
para micrófono y cumple también la función de amplificación de la señal de entrada .
•
PCM Lineal:
La señal analógica de entrada es muestreada por el Sample & Hold y
luego aplicada a un convertidor A/D, que realiza una codificación a 12 ó 4 bits
seleccionable mediante puentes. La gama del convertidor va de – 5 Vpp (todos 0) a + 5
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Vpp (todos 1). La salida paralelo del A/D es transformada en serie por la pareja de
registradores de desplazamiento. Los 12 leds conectados a las 12 líneas de salida del
convertidor A/D señalizan el estado alto o bajo de cada línea. La conversión a 4 bits se
realiza considerando sólo los cuatro bits más significativos de la conversión a 12 bits y
ponen a 0 los otros ocho. En el decodificador la señal PCM serie entrante es convertida
en formato paralelo por la pareja de registradores de desplazamiento y luego aplicada al
convertidor. La salida en corriente del convertidor es convertida en tensión y amplificada.
•
Codec:
La señal PCM saliente del Codec (codificador+decodificador PCM no
uniforme) es filtrada por el filtro transmisor y enviada al receptor a través de la línea de
transmisión artificial.
•
DPCM:
La salida de la etapa substractora es muestreada por el Sample & Hold y
enviada al convertidor A/D de 8 bits (sin embargo, del convertidor se utilizan sólo los 6
bits más significativos, realizando de esta manera la codificación a 6 bits). La salida
paralelo del A/D es transformada en serie por el convertidor paralelo/serie sucesivo y los
bits obtenidos de esta manera se transmiten. En la cadena de realimentación, la predicción
de la señal de entrada se obtiene de la siguiente forma: el convertidor D/A reconvierte la
señal diferencia de digital a analógica, la señal diferencia es muestreada y las muestras son
integradas, el resultado de la integración es enviado al substractor. El decodificador pasa
la señal DPCM entrante a través de un amplificador y un circuito de trigger, luego se
aplica al convertidor serie/paralelo, cuya palabra digital de salida es convertida en un valor
analógico por el convertidor sucesivo. La salida del convertidor es muestreada y luego las
muestras son integradas.
•
Filtro RX: Filtro paso bajo de frecuencia de corte 3400 Hz.
•
Canal: Produce ruido blanco de algunas decenas de mV.
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5.- Modulación PCM Lineal
En la figura 2.21 se muestra el diagrama de bloques del sistema de comunicación PCM
lineal, desde que se introduce la señal hasta que esta es recuperada por el receptor:
Figura 2.21
•
Filtro paso bajo: Cuya misión es la de limitar la señal en banda para proceder al muestreo
y que no se solape el espectro.
•
S&H: Encargado de muestrear la señal analógica a la frecuencia de muestreo indicada,
además de muestrear retiene el valor hasta el siguiente instante de muestreo. La frecuencia
de muestreo va a poder ser seleccionada en la sección TIMING de 4 o 8 kHz.
•
Conversor Analógico/Digital: La señal muestreada se aplicará a un conversor A/D que
realiza una codificación que puede ser seleccionada a 12 o 4 bits. La conversión a 4 bits se
realiza considerando solo los cuatro bits más significativos de la conversión a 12 bits,
estando los 8 bits restantes a cero. La gama del convertidor va desde -5 Vcc (todos los
leds a 0 ) hasta 5 Vcc (todos los leds a 1).
•
Conversor Serie/Paralelo: La salida del conversor A/D pasa a un convertidor paraleloserie, encargado de enviar los bits que codifican una misma información de uno en uno a
través de una línea de transmisión.
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Modulación PCM
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El demodulador está compuesto por un conversor Serie/Paralelo, un conversor
Digital/Analógico que convierte la secuencia de bits en paralelo en su valor analógico
correspondiente. La salida del conversor es una señal escalonada que aproxima la señal analógica
de partida. El filtro paso bajo limita el ancho de banda a 3,4 kHz, dando como resultado una
señal similar a la señal moduladora de partida.
5.1- Codificación PCM Lineal.
En este ejercicio se pretende obtener la función de transferencia del conversor A/D, para
ello, se introducen diferentes niveles de tensión continua (desde – 5 V a + 5V) a la entrada y se
observa a que código de salida corresponden. Aquellos niveles de tensión que produzcan un
mismo código a la salida, formarán parte del mismo escalón cuántico.
Estudio de la influencia del número de bits de codificación
•
Seleccionar una frecuencia de muestreo de 8 kHz y en el conversor A/D seleccionar una
codificación de 4 bits.
•
Unir el generador de señal continua a la entrada del cuantificador.
•
Variar el potenciómetro DC OUT del mínimo (- 5 V) al máximo (+5 V) y observar la
variación del encendido de los leds de la salida de conversor A/D.
•
Obtener el salto de tensión correspondiente al cambio de un bit.
Nivel de tensión teórico:
Nivel de tensión medido:
Para observar la señal a la salida del conversor paralelo-serie se siguen los siguientes
pasos:
•
Visualizar la salida del conversor paralelo-serie y la señal TX FRAME SYNC,
sincronizando el osciloscopio con la señal TX FRAME SYNC.
•
Variar el potenciómetro DC OUT y observar la señal a la salida del conversor paraleloserie. ¿Qué tipo de señal se obtiene (NRZ, RZ...)?.
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Modulación PCM
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•
¿Cuántos bits están comprendidos ente dos impulsos de sincronismo de trama sucesivos?
•
Calcular la velocidad de transmisión binaria para PCM con 4 bits
Rb=
•
Trazar la curva de cuantificación, para ello rellenar la siguiente tabla y dibujar.
Nivel
Código Tensión
0
0000
1
0001
2
0010
3
0011
4
0100
5
0101
6
0110
7
0111
8
1000
9
1001
10
1010
11
1011
12
1100
13
1101
14
1110
15
1111
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Práctica 3a:
•
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
Modificar el conversor a 12 bits, en este caso las medidas son mas complicadas ya que al
estar trabajando con 12 bits el tamaño de escalón cuántico disminuye considerablemente.
•
Obtener el valor de tensión correspondiente al salto entre dos niveles consecutivos.
Nivel de tensión teórico:
Nivel de tensión práctico:
•
Calcular la velocidad de transmisión binaria para PCM con 4 bits
Rb=
•
Conclusiones sobre el número de bits de codificación.
Estudio de la influencia de la frecuencia de muestreo
•
Observar la señal PCM con una frecuencia de muestreo de 8 y 4 kHz, tanto con 12 bits
como con 4 bits. Calcular las velocidades de transmisión binarias.
Rb 12 bits y 8 kHz=
Rb 4 bits y 8 kHz
Rb 12 bits y 4 kHz=
Rb 4 bits y 4 kHz
•
Conclusiones sobre la influencia del a frecuencia de muestreo.
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Práctica 3a:
Modulación PCM
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5.2.- Decodificación PCM lineal.
Partiendo de la señal codificada en PCM se va a proceder a la decodificación, es decir, a la
obtención de la señal analógica moduladora.
Estudio de la influencia del número de bits de codificación
•
Predisponer una frecuencia de muestreo de 8 kHz y una codificación de 12 bits.
•
Generar la modulación PCM de un tono sinusoidal de frecuencia 1 kHz y amplitud 5 VPP.
•
Dibujar un diagrama de bloques del sistema de comunicación completo, indicando la
función de cada uno de los bloques involucrados.
•
En el osciloscopio comparar y dibujar las señales antes y después del filtro paso bajo del
receptor.
•
Comparar y dibujar la señal moduladora y la señal recuperada. Si fuese necesario regular el
level del filtro de recepción para obtener señales de igual amplitud. Explicar el motivo del
desfase entre las dos señales.
•
Modificar el conversor a 4 bits y realizar las mismas medidas realizadas para el caso de 12
bits.
•
Dibujar las señales a la entrada y a la salida del filtro paso bajo de recepción.
•
¿Existe pérdida de calidad respecto la codificación con 12 bits?. Si no fuese así, disminuir
la amplitud de la señal moduladora hasta que se observe este efecto. Indicar conclusiones
detalladamente.
Estudio de la influencia de la frecuencia de muestreo
•
Observar tanto la señal moduladora como la detectada modificando la frecuencia de
muestreo. Indicar las conclusiones obtenidas. Explicar los pasos seguidos.
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Práctica 3a:
Modulación PCM
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5.3.- Transmisión de voz.
•
Seleccionar una codificación a 12 bits y una frecuencia de muestreo de 8 kHz.
•
Sustituir la señal sinusoidal de entrada por la señal procedente de un micrófono (punto 2)
y conectar el altavoz a la salida del filtro de recuperación (punto 37).
•
Modificar la codificación a 4 bits y comentar las diferencias en las señales recibidas.
•
Modificar la frecuencia de muestreo a 4 kHz y comentar las diferencias en las señales
recibidas.
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Práctica 5:
Modulación PCM
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PRACTICA 3b: MODULACIÓN PCM-CODEC
MODULACION PCM CON CODEC
Objetivos
•
Describir un sistema de comunicación realizado con un codec (codificadordecodificador) y analizar sus características de funcionamiento.
•
Analizar las codificaciones PCM efectuadas con la ley A.
•
Analizar el diagrama de ojo al variar las características del canal y el ruido.
•
Verificar la calidad de la transmisión de la voz al variar el canal y el ruido.
El CODEC es un circuito integrado muy utilizado en las telecomunicaciones, este
circuito realiza todas las fases de conversión de las señales vocales en PCM y viceversa, en
particular realiza las siguientes operaciones:
TRANSMISIÓN:
- Limitación en banda de la señal vocal (3400 Hz).
- Cuantificación y codificación con leyes de compresión A ó µ.
- Preparación de las muestras para el múltiplex.
RECEPCIÓN.
- Recuperación de las muestras en un sistema múltiplex.
- Conversión de las muestras PCM en valores analógicos.
- Expansión de las muestras con ley A o µ.
- Filtrado de las muestras para la reconstrucción de la señal vocal.
Los objetivos de este ejercicio son:
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Práctica 5:
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
•
Describir un sistema de comunicación realizado con un CODEC y analizar sus
características de funcionamiento.
•
Analizar la s codificaciones PCM efectuadas con la ley A y la ley µ.
•
Analizar el diagrama de ojo al variar las características del canal.
•
Verificar la calidad de la transmisión de la voz al variar el canal y el ruido.
El diagrama de bloques del sistema de comunicación CODEC utilizado en este
ejercicio es el mostrado en la siguiente figura y se corresponde con el bloque
COMPANDED PCM del módulo T20B:
La señal PCM saliente del CODEC es filtrada por el TX FILTER y luego
transmitida; pasa a través de la línea de transmisión artificial y llega al receptor, en donde:
•
Es filtrada por el RX FILTER
•
Amplificada y luego aplicada a un circuito de trigger, el cual es el elemento de
decisión, con lo que reconstruye la señal de pulsos estropeada durante la
transmisión.
•
Un circuito denominado RETIMING, el cuál realiza la operación de muestreo de
los bits recibidos. Para comprobar el efecto del bloque RETIMING, se puede variar
el trimer PHASE ADJ correspondiente al reloj del receptor en el bloque de
TIMING.
El conjunto “TX FILTER + LINE + RX FILTER” constituye el canal de
transmisión y de su respuesta en frecuencia depende la calidad de los impulsos recibidos
(interferencia entre símbolos y diagrama de ojos).
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Práctica 5:
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
Interferencia entre símbolos
Para entender mejor el efecto de la interferencia entre símbolos se va a estudiar el
caso de una transmisión en código NRZ, siendo T el intervalo de bit.
El canal de transmisión va a atenuar y a reducir el espectro correspondiente a cada
símbolo. Una reducción en el espectro supone una mayor duración temporal de la señal, lo
cual provoca que cada símbolo transmitido ocupe un intervalo de tiempo superior al suyo,
denominándose a este efecto interferencia entre símbolos.
En el receptor se muestrea la señal recibida con la intención de decidir cual ha sido
el símbolo transmitido, por ello es importante que la interferencia entre símbolos sea nula
o lo mínima posible, para que la muestra obtenida sea proporcional, exclusivamente, al
símbolo transmitido.
Para eliminar la interferencia entre símbolos es necesario que el canal de
transmisión tenga una respuesta en frecuencia de tipo filtro paso bajo ideal con frecuencia
de corte 1/2T, donde T es la duración de cada símbolo.
Diagrama de ojos
Para detectar la interferencia entre símbolos se utilizan los diagramas de ojos. Los
diagramas de ojos consisten en la representación en el osciloscopio de la señal, debido a la
persistencia de la imagen en la pantalla del osciloscopio se observa un número elevado de
pulsos solapados.
Si en el osciloscopio se representan, aproximadamente, dos o tres símbolos de la
señal recibida, debido a la persistencia del tubo de rayos catódicos, en pantalla va a
aparecer la superposición de la señal recibida, presentándose esta, como la forma de un ojo
humano.
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Práctica 5:
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
En la siguiente figura se muestran tres posibles situaciones que se pueden dar en la
señal obtenida a la salida del canal.
a.- Diagrama de ojos ideal. b y c.- Diagrama de ojos con distorsión.
ojos con distorsión y ruido
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d.- Diagrama de
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Práctica 5:
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
En la siguiente figura se muestra la lectura que se pueden hacer en un diagrama de
ojos:
CONCLUSIONES:
1.- El instante óptimo de muestreo se da cuando la apertura de ojo es máxima y
coincide con la mitad de intervalo entre los cruces por cero.
2.- La máxima distorsión se indica por el ancho vertical de las dos ramas en el
instante de muestreo.
3.- El margen de defensa contra el ruido está relacionado con la apertura del ojo.
4.- La duración del ojo va a marcar la sensibilidad del sistema a errores de
temporización y por tanto va a marcar el margen de muestreo.
5.- La cantidad de distorsión en los cruces por cero indica la cantidad de JITTER o
variación en la tasa de reloj y fase.
1.- CODIFICADOR PCM.
En este apartado se va a realizar la modulación PCM de una señal analógica
utilizando cuantificación no uniforme de ley A.
1.- Alimentar el módulo T20B.
2.- Predisponer el CODEC en la posición de ley A.
3.- Generar una señal sinusoidal de 1 kHz y 2 VPP (punto 38) y aplicarla a la entrada del
CODEC (punto 40).
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Práctica 5:
Modulación PCM
Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones
La señal TX FRAME SYNC representa la señal de reloj de muestreo, es decir,
establece los instantes de tiempo en los que se produce el muestreo de la señal de entrada.
4.- Para visualizar los instantes de muestreo, conectar al canal I del osciloscopio la señal
TX FRAME SYNC (punto 41) y al canal II la señal aplicada al CODEC (punto 40).
Sincronizar el osciloscopio con la señal aplicada al canal I y predisponer la base de
tiempos para visualizar aproximadamente 1.5 periodos de la señal sinusoidal.
Entre dos impulsos de la señal TX FRAME SYNC el CODEC toma una muestra de
la señal, la cuantifica y la codifica con 8 bits.
5.- Modificando la base de tiempos del osciloscopio visualizar dos impulsos de la señal de
sincronismo, situada en el canal I y sustituir la señal del canal II por la señal obtenida a la
salida del modulador PCM (punto 43). Analizar la señal PCM de salida y observar que
entre dos impulsos de sincronismo sucesivos hay 8 bits. Dibujar ambas señales.
Time/div:
Volt./div:
6.- Visualizar las señales PCM de salida (punto 43) y TX BIT CLOCK (punto 42), y
observar la correspondencia entre un periodo de reloj y la duración de un bit. Dibujar
ambas señales.
Time/div:
Volt./div:
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Práctica 5:
Modulación PCM
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2.- DECODIFICADOR PCM
Formas de onda y diagrama de ojos
1.- Efectuar el montaje de la siguiente figura.
Las conexiones a realizar son las siguientes:
•
•
•
•
•
•
•
Generar una señal sinusoidal de 1 kHz y 2 VPP (punto 38) y llevarla a la entrada del
CODEC (punto 40).
La señal codificada PCM (punto 43) llevarla al filtro transmisor (punto 44).
La salida del filtro transmisor (punto 45) llevarla a la entrada de línea (punto 56).
Predisponer la línea en 100 kHz y la atenuación al mínimo. Poner el ruido a cero.
La salida de línea (punto 57) llevarla a la entrada del filtro receptor (punto 46).
La salida del filtro receptor (punto 47) a la entrada del amplificador (punto 48).
Unir los puntos 51 y 52.
2.- Analizar las formas de onda a lo largo de todo el recorrido de la señal PCM,
comparando las señales a con b, b con c y así sucesivamente y dibujarlas.
a.- Salida NRZ del CODEC (punto 43).
b.- Salida del filtro de transmisión (punto 45).
c.- Salida de la línea (punto 57).
d.- Salida del filtro receptor (punto 47).
e.- Salida del amplificador de recepción (punto 49).
f.- Salida del elemento de decisión (punto 50).
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Modulación PCM
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Time/div:
Señales a y b
Volt./div:
Time/div:
Señales b y c
Volt./div:
Time/div:
Señales c y d
Volt./div:
Time/div:
Señales d y e
Volt./div:
Time/div:
Señales e y f
Volt./div:
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Práctica 5:
Modulación PCM
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3.- Para obtener el diagrama de ojos de la señal recuperada, conectar el canal I del
osciloscopio en el punto 53 (RX BIT CLOCK), poner la base de tiempos en 5 µsg/div. y
sincronizar el osciloscopio con este canal. En el canal II visualizar la señal obtenida a la
salida del amplificador (punto 49).
NOTA: para poder visualizar el diagrama de ojos correctamente pulsar en el osciloscopio
la tecla “DISPLAY” y en las teclas de programación de la pantalla seleccionar “VECTOR
OFF”. Una vez acabado este apartado volver a situar “DISPLAY” + “VECTOR ON”.
4.- Disminuir la banda pasante de la línea a 32 kHz y observar el empeoramiento que sufre
el diagrama de ojos.
Indicar a que se debe este empeoramiento del diagrama de ojos.
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Práctica 5:
Modulación PCM
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5.- Suprimir los filtros de transmisión y recepción y observar como vuelve a empeorar el
diagrama de ojos, con la atenuación de línea al máximo.
Indicar a que se debe este empeoramiento del diagrama de ojos.
Influencia del canal y del ruido en el diagrama de ojos.
1.- Con el circuito anterior, visualizar el diagrama de ojos de la señal de salida del
amplificador (punto 49).
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Práctica 5:
Modulación PCM
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2.- Aumentar el ruido y observar su influencia sobre el diagrama de ojos y sobre la señal
analógica recuperada.
3.- Variar la atenuación del canal y dibujar la variación del diagrama de ojos.
4.- Analizar la forma de onda antes y después del filtro de recepción (puntos 46 y 47).
Indicar si el filtro mejora la relación señal ruido.
Time/div:
Volt./div:
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Modulación PCM
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Señal demodulada.
1.- Situar la línea de transmisión en 100 kHz y añadir los filtros de transmisión y
recepción.
2.- Visualizar en el osciloscopio la señal analógica de entrada (punto 40) y la señal
analógica obtenida a la salida del receptor (punto 55).
3.- Ajustar el trimer PHASE ADJ, del bloque TIMING , hasta obtener a la salida la misma
señal que a la entrada.
Time/div:
Volt./div:
Indicar que se esta modificando con el potenciómetro PHASE ADJ para que se
modifique la señal de salida.
4.- Aumentar el nivel de ruido y comentar su efecto sobre la señal demodulada.
5.- Eliminar el ruido, aumentar el nivel de atenuación del canal y comentar su efecto sobre
la señal demodulada.
6.- Modificar la atenuación y el ruido simultáneamente y comentar su efecto sobre la señal
demodulada.
conclusiones.
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