Yurisdenys Guzman Pol - DSpace@UCLV

Universidad Central “Marta Abreu” de Las
Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Automática y Sistemas
Computacionales
TRABAJO DE DIPLOMA
Análisis y simulación de las técnicas de
modulación de espectro extendido a través de
las prácticas de laboratorio.
Autor: Yurisdenis Guzmán Pol
Tutor: MSc. PA. Ing. José Domínguez Hernández.
Santa Clara
2015
"Año 57 de la Revolución"
Universidad Central “Marta Abreu” de Las
Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Automática y Sistemas
Computacionales
TRABAJO DE DIPLOMA
Análisis y simulación de las técnicas de
modulación de espectro extendido a través de
las prácticas de laboratorio.
Autor: Yurisdenis Guzmán Pol
e-mail: [email protected]
Tutor: MSc. PA. Ing. José Domínguez Hernández.
Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.
Facultad
de
Ingeniería
[email protected]
Santa Clara
2015
"Año 57 de la Revolución"
Eléctrica.
UCLV.
e-mail
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad
de Ingeniería en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución,
para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no
podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de
la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un
trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Tutor
Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
i
DEDICATORIA

A mi madre por darme la vida y desde entonces derramar cada gota de
sudor y sacrificio por mí, permitiéndome ser la persona de hoy.

A mi padre por poder contar siempre con su confianza y consejos en todos
los momentos de mi vida, dándome la oportunidad de equivocarme pero a
la vez respetar mis decisiones

A mi hermano menor que es el motor de mi corazón y aunque no esté
presente en algunos momentos de mi vida siempre lo tendré presente.

A mi hermano mayor y cuñada, por solo tener el conocimiento de siempre
poder contar con ellos.

A mi tía toña por su paciencia y cariño.

A mi novia por hacerme día a día más feliz.
ii
AGRADECIMIENTOS

A mi tutor José Domínguez Hernández que con paciencia y entrega me
ha apoyado y asesorado hasta hacer realidad este trabajo.

A Vitalio Alfonso por sus inestimables ayudas
cada vez que la
necesitaba.

A mi familia, suegros y amigos por su comprensión, preocupación y estar
junto conmigo en esta labor.

A todo aquel que colocó un granito de arena en mi realización profesional.
¡A todos muchas gracias!
iii
TAREA TÉCNICA
Realizar un estudio de la bibliografía que sobre el tema han desarrollado otras
universidades y los procedimientos empleados para efectuar las experiencias.
Caracterizar
los
sistemas
de
modulación
de
espectro
extendido,
su
funcionamiento, algunas de sus aplicaciones.
Simular con el auxilio del Simulink del Matlab alternativas, que puedan resultar de
utilidad para prácticas de laboratorio.
Evaluar la efectividad de los sistemas simulados.
Firma del Autor
Firma del Tutor
iv
RESUMEN
En este trabajo de diploma se realiza un estudio de las características principales
de los sistemas de espectro extendido, los principales sistemas existentes y
nociones sobre aplicaciones actuales de los mismos, partiendo de una revisión
bibliográfica del tema, encaminada a valorar y proponer ejercicios de aplicación
en prácticas de laboratorio sobre el tema. Se estudian y resumen las
características principales de los bloques que ofrece el Matlab específicamente en
el Simulink, relacionados con la simulación de sistemas comunicaciones,
particularmente de los bloques integrantes de los sistemas de modulación de
espectro extendido. Se realiza la simulación de la modulación y demodulación con
los dos principios más frecuentemente usados: Secuencia Directa y Saltos de
Frecuencia y se proponen para ambos casos los correspondientes ejercicios para
verificar el ensanchamiento del espectro y su recuperación, el comportamiento en
presencia de ruido blanco gaussiano, con diferentes niveles de relación señal a
ruido en el canal y en presencia de interferencia de canales similares. Se brindan
los resultados de los aspectos que se experimentan, con los correspondientes
gráficos y tablas en la forma en que se podrían utilizar en ejercicios de laboratorio.
v
TABLA DE CONTENIDOS
PENSAMIENTO .................................................................. Error! Bookmark not defined.
DEDICATORIA ......................................................................................................................i
AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... ii
TAREA TÉCNICA ............................................................................................................... iii
RESUMEN ............................................................................................................................iv
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 1
CAPÍTULO 1.
Características generales de la modulación por espectro
extendido.
4
1.1
Características Generales. .................................................................................. 4
1.2
Técnicas de Modulación....................................................................................... 6
1.2.1
Sistemas de secuencia directa. ................................................................... 6
1.2.2
Sistemas de saltos de frecuencia. ............................................................... 9
1.2.3
Sistemas de saltos de tiempo. ................................................................... 11
1.2.4
Sistemas de frecuencia modulada pulsada. ............................................ 12
1.2.5
Sistemas híbridos......................................................................................... 13
1.3
Aplicaciones de los sistemas de espectro extendido. ................................... 14
1.3.1
Multiplexación por división de código. ...................................................... 14
1.3.2
Sistemas celulares de acceso múltiple por división de código. ............ 15
1.3.3
Sistemas de comunicaciones personales. ............................................... 18
vi
1.3.4
G.P.S.: Sistemas de posicionamiento global. ........................................ 18
1.3.5
Redes inalámbricas. .................................................................................... 19
1.4
Conclusiones del Capítulo 1. ............................................................................. 20
CAPÍTULO 2.
2.1
Comprobaciones prácticas. ................................................................. 22
Introducción a Matlab. ........................................................................................ 22
2.1.1
Simulink. ........................................................................................................ 23
2.1.2
Blockset de comunicaciones. ..................................................................... 24
2.1.3
Principales bloques utilizados para la simulación. ................................. 24
2.2
Sistema de espectro extendido de secuencia directa. .................................. 32
2.3
Sistema de espectro extendido de saltos de frecuencia. ............................. 35
2.4
Conclusiones del Capítulo 2. ............................................................................. 38
CAPÍTULO 3.
3.1
Interpretación, análisis y comparación de los resultados. ............. 39
Sistema de espectro extendido de secuencia directa. .................................. 39
3.1.1
Verificación del ensanchamiento del espectro en el sistema de
espectro extendido de secuencia directa. .............................................................. 39
3.1.2
Verificación de los efectos del ruido sobre la Pe en la señal
recuperada en la simulación del espectro extendido de secuencia directa. .... 40
3.1.3
Verificación de los efectos de la interferencia sobre la Pe en la señal
recuperada en el sistema de modulación de espectro extendido de secuencia
directa en presencia de interferencia de otros canales similares. ..................... 42
3.2
Sistema de espectro extendido de salto de frecuencia. ............................... 43
3.2.1
Verificación del ensanchamiento del espectro en el sistema de
espectro extendido de salto de frecuencia. ........................................................... 43
3.2.2
Verificacion de los saltos de frecuencias. ................................................ 44
3.2.3
Verificacion de los efectos de ruidos en saltos de frecuencias. ........... 46
vii
3.3 Conclusiones del Capítulo 3. ................................................................................. 47
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 49
Conclusiones ..................................................................................................................... 49
Recomendaciones ............................................................................................................. 49
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 51
ANEXOS .............................................................................. Error! Bookmark not defined.
Anexo I
Anexo II
Inserte título del primer anexo ........................ Error! Bookmark not defined.
Inserte título del segundo anexo .................. Error! Bookmark not defined.
INTRODUCCIÓN
1
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la importancia de las comunicaciones ha aumentado
considerablemente ya que el acceso a sistemas de transmisión de información es
totalmente indispensable para el desarrollo personal y profesional de los seres
humanos. Sin embargo, aún hoy en día, en muchos lugares del planeta existen
zonas que carecen de acceso a servicios de comunicaciones tales como telefonía
e internet, lo cual tiene repercusiones negativas en el desarrollo de la población de
estos lugares, situación que conlleva al desmejoramiento de su calidad de vida.
Los
fabricantes
de
equipos
de
comunicaciones
inalámbricos
buscan
continuamente nuevas técnicas para aumentar la capacidad de los canales, que
cada día son más congestionados por la gran demanda de nuevos usuarios. Uno
de los campos que más se investiga son las técnicas de acceso múltiple, donde
muchos usuarios comparten una banda de frecuencias porque no existe un ancho
de banda disponible para asignar un canal de frecuencias permanente a cada
usuario.
Previamente se han realizado investigaciones relacionadas con el tema, se han
simulado algunos de estos esquemas, pero no existe una guía para el estudio de
esta tecnología basada en varios experimentos de laboratorios simulados
rigurosamente. Se toman como base estos estudios, la experiencia de otras
universidades, se enriquecen los experimentos, se arriba a conclusiones basadas
en la simulación y se brindan ejercicios prácticos que podrían conformar valiosas
prácticas de laboratorio para facilitar el entendimiento de las características de
estos sistemas.
INTRODUCCIÓN
2
Justificación del estudio:
El trabajo de diploma satisface la necesidad de analizar e implementar mediante
simulación en Matlab diferentes técnicas de modulación de espectro extendido
para destacar sus cualidades y diferentes parámetros, mediante las prácticas de
laboratorio. También interpretar documentación técnica tomada de revistas,
manuales y sitios de interés. Las técnicas de modulación de espectro extendido se
usan ampliamente en las comunicaciones actuales, presentando diversas ventajas
con relación a otras técnicas de modulación y dando paso a las técnicas de
multiplexación por división de código, por lo que se revisaran los conceptos
básicos de Espectro Ensanchado para dar una sólida base al modelamiento
realizado de las dos principales modalidades de esta tecnología. Resulta de
utilidad para el proceso docente, tanto de pregrado como de postgrado, contar con
un estudio profundo, así como de implementación de prácticas de laboratorio que
faciliten la enseñanza de las mismas. Además, el análisis de los resultados que
obtendremos a partir de las simulaciones nos permitirá comparar el rendimiento de
ambos sistemas y permite revisar las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.
Problema científico:

¿Cómo contribuir a enriquecer los conocimientos y la adquisición de
habilidades en la simulación de diferentes técnicas de modulación de
espectro extendido, haciendo uso de las experiencias de laboratorios?
Objetivo General de la investigación:

Proporcionar un estudio general de las técnicas de modulación de espectro
extendido y la simulación de las diferentes alternativas.
Objetivos específicos:



Estudiar la bibliografía sobre el tema y el estado actual de la técnica
internacional.
Modelar y simular diferentes técnicas de espectro extendido usando el
Matlab.
Proponer prácticas de laboratorio, donde el estudiante pueda verificar las
características de las mismas y sus bondades ante ruido e interferencia.
INTRODUCCIÓN
3
Interrogantes Científicas:

-¿Cuál es la situación actual que presenta la aplicación de la modulación de
espectro extendido en los sistemas de comunicaciones?

-¿Cómo se implementan mediante simulación diferentes sistemas usando
espectro extendido?

-¿Cuáles son las pruebas que se deben realizar, mediante simulación, para
verificar las cualidades de estos sistemas, como podrían ser desempeño en
presencia de ruido e interferencias?
Tareas de investigación:

Realizar un estudio de la bibliografía que sobre el tema han desarrollado
otras universidades y los procedimientos empleados para efectuar las
experiencias.

Caracterizar los sistemas de modulación de espectro extendido, su
funcionamiento, algunas de sus aplicaciones.

Simular con el auxilio del Simulink del Matlab alternativas, que puedan
resultar de utilidad para prácticas de laboratorio.

Evaluar la efectividad de los sistemas simulados.
El presente trabajo de diploma tiene la siguiente estructura:

CAPITULO I: Marco teórico referencial.

CAPITULO II: Comprobaciones prácticas

CAPITULO III: Interpretación, análisis y comparación de los resultados.

Conclusiones: Valoración de los resultados obtenidos y propuestas de
trabajo futuro.

Recomendaciones.

Anexos.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
4
CAPÍTULO 1. Características generales de la
modulación por espectro extendido.
1.1 Características Generales.
Los diseñadores de sistemas de comunicación se interesan a menudo en la
eficiencia con la que los sistemas utilizan la energía y el ancho de banda de la
señal. En muchos sistemas de comunicación estos son los asuntos más
importantes. Sin embargo, en algunos casos existen situaciones en las que es
necesario que el sistema resista a las interferencias externas, opere con baja
densidad espectral de energía, proporcione capacidad de acceso múltiple sin
control externo y un canal seguro para oyentes no autorizados. Por todo esto, a
veces es necesario y conveniente sacrificar algo de la eficiencia del sistema. Las
técnicas de modulación de espectro expandido permiten cumplir tales objetivos.
Los aspectos teóricos de la utilización del espectro expandido en un medio con
fuertes interferencias se conocen desde hace más de cuarenta años. Lo que ha
sido reciente es su implementación práctica. Inicialmente, las técnicas de espectro
expandido se desarrollaron para propósitos militares y sus implementaciones eran
extremadamente caras. Sólo los nuevos avances tecnológicos tales como el VLSI
(Very large-scale Integration), es decir, el proceso de colocar miles, o cientos de
miles de componentes electrónicos en un solo chip) y las técnicas de procesado
de señal avanzadas hicieron posible desarrollar un equipamiento de espectro
expandido menos caro para uso civil. Las aplicaciones de esta tecnología incluyen
teléfonos móviles, transmisión de datos sin cable y comunicaciones por satélite.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
5
La mayoría de los estudios y desarrollo de sistemas de comunicación digital, se
han realizado tratando de emplear el ancho de banda del canal de comunicación
disponible en forma óptima y con la menor potencia posible, teniendo en
consideración la exigencia de calidad para un determinado servicio. Sin embargo
otras consideraciones de calidad de comunicación como la inmunidad frente a
interferencias o confidencialidad de las comunicaciones han sido menos
consideradas. En la actualidad estos dos últimos aspectos han cobrado mucha
importancia, los cuales pueden ser alcanzados por medio de la técnica conocida
como Modulación de Espectro Ensanchado (Spread Spectrum Modulation).
La mayor ventaja de la modulación de espectro ensanchado es la alta inmunidad
obtenida frente a interferencias casuales o frente a interferencias intencionales por
parte de alguien que desea bloquear intencionadamente una comunicación en
curso. Las principales características de esta técnica son las siguientes:
•La modulación de espectro ensanchado ocupa un ancho de banda mucho mayor
que el mínimo requerido para que los datos sean transmitidos.
•El ensanchamiento de la señal transmitida se consigue con la suma binaria de
esta, con otra señal pseudoaleatoria (código de Gold) que es independiente de la
señal a transmitir.
•La recepción se realiza mediante el proceso de desensachado, el cual consiste
en la suma binaria de la señal recibida con una señal local que es la réplica de la
señal (código PN) empleada en la transmisión.
Las ventajas más importantes de los sistemas de modulación de espectro
ensanchado son:
•Baja probabilidad de ser interceptada (LPI) debido al ensanchamiento del
espectro, hace dificultosa la captación de las señales transmitidas por parte de un
receptor ajeno a la comunicación.
•Alta inmunidad frente a interferencia intencionada.
•Alta inmunidad frente a interferencia de señales multitrayecto y uso de un mismo
canal por dos o más usuarios.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
6
•Posibilidad de acceso múltiple aleatorio (CDMA), con lo cual es posible tener
varios usuarios cursando comunicaciones independientes en el mismo canal.
(Zafra 1999)
1.2 Técnicas de Modulación.
1.2.1 Sistemas de secuencia directa.
Usando sistemas de expansión del espectro de secuencia directa (Direct
Sequence Spread Spectrum) cada bit de la señal original es representado por
múltiples bits usándose un código de expansión.(Mayné 2009). El código de
expansión esparce la señal dentro de un ancho de banda en proporción directa al
número de bits utilizados. De esta manera al utilizarse 10 bits de expansión la
señal esparcida será 5 veces más ancha que si se usan sólo 2 bits de código de
expansión.(Vannucci 1992). Así al generar una señal de Secuencia Directa se
utiliza un ancho de banda mucho mayor que el ancho de banda mínimo requerido
para transmitir la información deseada.
El esparcimiento de la información es llevado a cabo usando una señal de
esparcimiento que se llama código pseudoaleatorio, el cual es independiente de la
información y cuenta con una velocidad de transmisión (bit rate) mayor al de la
señal de información.(Kim, Lee et al. 1998)
La combinación de la señal de información y el código pseudoaleatorio o también
llamado código de ensanchamiento se realiza mediante la operación OR exclusiva
(0 ⊕ 0 = 0, 0 ⊕ 1 =1, 1 ⊕ 0 = 1, 1 ⊕ 1=0)(Alexis and Ramírez Hurtado 2011),
obteniéndose de esta forma la señal a ser transmitida. Por su parte el receptor
debe contar con el código de expansión correcto para recuperar la información al
realizar la operación OR exclusiva entre el código pseudoaleatorio y la señal
resultante de la transmisión para que al serle retirado el código de
ensanchamiento sea recuperada la información en banda base.(Deslarmes 2008)
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
7
A continuación se presenta el esparcimiento de una señal utilizando espectro
extendido en secuencia directa (DSSS). Se muestra la señal de información si (t),
la cual es multiplicada por un código pseudoaleatorio ci (t). La señal resultante yi
(t) ═ si (t) ⊕ ci (t) es entonces modulada y transmitida. Esta señal a transmitir
ocupa un ancho de banda mayor al ancho de banda mínimo requerido para
transmitir la información en banda base si (t). En la figura 1.1 se observa que la
forma de onda de la señal combinada tiene una frecuencia mayor al observar que
1/Tc > > 1/Tb, donde Tb es el intervalo de bit de la información y Tc es el intervalo
de bit del código pseudoaleatorio, Tc es también llamado intervalo de chip. La
razón de Tb a Tc es llamado proceso de ganancia Gp.
Figura 1.1: Expansión del espectro de secuencia directa.(Agudelo Ramírez and
Bernal Gallo 2010)
Invertido al aplicarle la operación OR exclusivo, mientras que si el bit de
información es un 0 lo que se está transmitiendo es el código de expansión tal
cual. Cuando si (t) y ci (t) tienen la misma razón de bit, yi (t) contiene toda la
información de si (t) y tiene la misma razón de bit que ci (t). El espectro de la señal
no cambia y se dice que la información ha sido encriptada. Si ci (t) es más rápida
que si (t), entonces yi (t) además de contener toda la información de si (t) va a
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
8
tener una razón de bit mayor comparada con si (t), entonces se dice que la señal
ha sido esparcida.(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
Por su parte en el receptor se recibe la señal yi (t) a la cual se le aplica el código
pseudoaleatorio ci (t) producido por un generador local en el receptor. Para poder
recuperar la información transmitida si (t) de manera correcta, es necesario que el
receptor se encuentre en sincronía con el transmisor. De la imagen anterior se
observa que si el bit de información toma el valor de 1 al ser combinado con el
código de expansión , el código es invertido al aplicarle la operación OR exclusivo,
mientras que si el bit de información es un 0 lo que se está transmitiendo es el
código de expansión tal cual.
Los sistemas de secuencia directa (DS) son sistemas de espectro ensanchado en
los cuales la portadora está modulada por un código de dispersión de alta
velocidad y una corriente de datos de información. La secuencia del código de alta
velocidad es el causante directo del ensanchamiento de la señal transmitida.
Características:
-Interferencia Multiruta. Al transmitir en radiofrecuencia (RF) las señales pueden
tomar más de una ruta debido a fenómenos como la reflexión, refracción y
difracción. Las señales con diferentes rutas son copia de una señal transmitida
pero con distintas amplitudes y fases resultando en una dispersión de la señal.
Pero en el receptor se espera a que lleguen varias copias de una señal para
recuperar su fase y son sumadas para obtener una señal más fuerte. En el caso
del espectro extendido de secuencia directa (DSSS), si el modulador coherente
recibe la señal deseada y después recibe la misma información pero con un
retardo, ésta la va a considerar como interferencia, por lo tanto sólo recobra parte
de la potencia de la información.
-Interferencia de Banda Angosta. La detección coherente en el receptor involucra
una multiplicación de la señal recibida con la obtenida en un generador local de
secuencias de código. Sin embargo multiplicando una señal de banda angosta con
la secuencia de código de banda ancha la potencia en la información de banda
ancha decrece en un factor igual al factor de ganancia.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
9
-Se basa en la multiplicación de la secuencia de bits original por una secuencia
digital (chips) de velocidad mucho mayor.
-El código de expansión expande la señal por una gran banda de frecuencias.
-Baja probabilidad de ser interceptada. Son difíciles de interceptar al ser las
señales esparcidas mediante secuencias pseudoaleatorias, siendo percibidas
como señales de ruido por el resto de los usuarios.(Ladino and Villa 2010)
-La expansión es proporcional al número de bits usados.
-Se combina la información digital de la secuencia de bits con los bits de la
secuencia de expansión, usando la operación OR exclusivo.
Ventajas:
Acceso múltiple: si múltiples usuarios usan el canal a la vez, habrá múltiples
señales de secuencia directa (DS) superpuestas en tiempo y frecuencia. Si los
códigos usados tienen muy poca correlación, podrán separarse los canales sin
problemas.(Segura 2008)
Desventajas:
En ocasiones genera interferencias en banda estrecha.(Amado 2008)
La implementación es algo más compleja que los sistemas tradicionales.(Agudelo
Ramírez and Bernal Gallo 2010)
1.2.2 Sistemas de saltos de frecuencia.
Esta técnica consiste en tomar la señal de transmisión y modularla con una señal
portadora que realiza “saltos” (hops) de frecuencia en frecuencia en función del
tiempo dentro de un ancho de banda asignado. El cambio periódico de frecuencia
de la portadora reduce la interferencia producida por otra señal de banda angosta,
afectando sólo si ambas señales se transmiten en la misma frecuencia y en el
mismo instante de tiempo.(Ramírez, Gallo et al. 2013)
Un patrón de salto (hopping code) es dado por un generador pseudoaleatorio que
determina las frecuencias por las que se transmitirá y el orden de uso de éstas.
(Flikkema 1997).Por su parte el receptor para recibir correctamente la señal debe
de disponer del mismo patrón de salto y estar en sincronía con el emisor para
conocer las frecuencias de la señal en el momento correcto.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
10
Utilizando Salto de Frecuencias (Frequency Hopping) es posible que varios
usuarios empleen la misma banda de frecuencia sin que se interfieran, asumiendo
que cada uno de ellos emplea un patrón de salto diferente. De esta forma si dos
patrones de saltos nunca emplean la misma frecuencia se dice que son
ortogonales.(Ramírez, Gallo et al. 2013)
La figura 1.2 muestra un ejemplo de una señal Salto de Frecuencias (Frequency
Hopping) en la que un ancho de banda es dividido en 7 canales, cada uno con su
respectiva portadora. Sobre cada canal se cuenta con un número que indica el
orden en que se va a transmitir su portadora, así por ejemplo la portadora f1 va a
ser la séptima en utilizarse para transmitir información, por su parte f2 será la
cuarta, y así sucesivamente. De esta forma se observa que la transmisión de
información en Salto de Frecuencias (Frequency Hopping) se efectúa en
pequeños fragmentos.
Figura 1.2: Principio de Salto de Frecuencia.
La velocidad a la que se ejecutan los saltos en Salto de Frecuencias (Frequency
Hopping) va a depender de la tasa de transferencia de la información, de esta
forma se cuenta con dos tipos de Saltos de Frecuencias (Frequency Hopping), el
rápido (Fast Frequency Hopping) y el lento (Slow Frequency Hopping).
El Salto de Frecuencias lento consiste en que varios bits de información son
transmitidos en la misma frecuencia, mientras que en el Salto de Frecuencias
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
11
rápido se realizan varios saltos de frecuencia para lograr transmitir un solo símbolo
de la señal de entrada.(de Avanzada)
Es una técnica de modulación en espectro ensanchado donde la señal se emite
sobre una serie de radiofrecuencias aparentemente aleatorias, saltando de
frecuencia en frecuencia sincrónicamente con el transmisor.(Amado 2008)
Los receptores no autorizados escucharán una señal ininteligible. Si se intentara
interceptar la señal, sólo se conseguiría para unos pocos bits. Una transmisión en
espectro ensanchado ofrece 2 ventajas principales:
-Las señales en espectro ensanchado son altamente resistentes al ruido y a la
interferencia.
-Las señales en espectro ensanchado son difíciles de interceptar. Una transmisión
de este tipo suena como un ruido de corta duración, o como un incremento en el
ruido en cualquier receptor, excepto para el que esté usando la secuencia que fue
usada por el transmisor.(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
1.2.3 Sistemas de saltos de tiempo.
En sistemas por saltos de tiempo, la señal de información es transmitida en
ráfagas rápidas en intervalos de tiempo determinados por el código asignado al
usuario. El eje del tiempo se divide en tramas, y cada trama es dividida en M
ranuras de tiempo (time slots). Durante cada trama el usuario transmitirá en uno
de las M ranuras de tiempo, en cuál de las M ranuras se transmite depende de la
señal de código asignada al usuario. Puesto que un usuario transmite toda su
información en uno, luego la frecuencia necesaria para transmitir se incrementa
por un factor M.(DE and ENSANCHADO).
En sistemas de saltos de tiempo el espectro de ancho de banda total se usa en
períodos de tiempo cortos en lugar de pequeñas partes del espectro en todo
tiempo.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
12
Figura 1.3: Diagrama de bloques de un transmisor y receptor en sistema de saltos
de tiempo.
En caso de que en la misma banda de frecuencias estén todas la transmisiones,
hay que evitarlo haciendo que la probabilidad de dos transmisiones simultáneas
sea baja; esto es logrado por la asignación de diferentes códigos a diferentes
usuarios. Si hay sincronización entre usuarios, y los códigos de asignaciones son
tales que un solo usuario transmita en una sola ranura, entonces los sistemas de
saltos de tiempos se reducen a un esquema de acceso múltiple por división de
tiempo (TDMA) donde la ranura en la que el usuario transmite no es fija sino que
cambia de trama a trama.(Zafra 1999)
1.2.4 Sistemas de frecuencia modulada pulsada.
Un sistema de frecuencia modulada pulsada es un sistema de espectro
ensanchado en el que la portadora de radiofrecuencia se modula con un periodo y
una secuencia de ciclo de trabajo. Al principio de cada pulso transmitido, la
frecuencia de la portadora se modula en frecuencia, causando un ensanchado
adicional de la portadora. El patrón de la modulación en frecuencia dependerá de
la función de ensanchado que se elija. En algunos sistemas, la función de
ensanchado es un barrido en frecuencia modulada lineal, barriendo las
frecuencias hacia arriba o hacia abajo. (IGNACIO and VALERIA 2006 )
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
13
1.2.5 Sistemas híbridos.
Los sistemas híbridos usan una combinación de métodos de espectro ensanchado
para beneficiarse de las propiedades más ventajosas de los sistemas utilizados.
Una combinación común es secuencia directa y salto de frecuencia.(JUAREZ
SANCHEZ 2010)
La ventaja de combinar estos dos métodos está en que adopta las características
que no están disponibles en cada método por separado.
Los sistemas híbridos incluyen todos los sistemas que emplean una combinación
de dos o más de las técnicas de modulación del espectro ensanchado antes
mencionada. Por combinación de las técnicas básicas de modulación del espectro
ensanchado se tienen cuatro posibles sistemas híbridos: Secuencia Directa/Salto
de Frecuencia (DS/FH), Secuencia Directa/ Salto de Tiempo (DS/TH), Salto de
Frecuencia (FH), Salto de Tiempo (TH) y Secuencia Directa/ Salto de
Frecuencia/Salto de Frecuencias (DS/FH/TH)(Castellanos Domínguez). La idea de
los sistemas híbridos es la combinación de ventajas específicas de cada técnica
de modulación. Si se toma, por ejemplo, el sistema combinado DS/FH, se obtiene
la ventaja de la propiedad de anti-multitrayectoria del sistema Secuencia Directa
combinado con la operación cerca-lejos (near-far) favorable del sistema Salto de
Frecuencia.(BURBANO, HERRERA et al. 2004). Por supuesto, la desventaja se
basa en la incorporación de la complejidad del transmisor y el receptor.
Fig.1.4: Sistema híbrido de secuencia directa y saltos de tiempos (DS-FH).(Zafra
1999)
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
14
La señal de información es primero ensanchada usando una señal de código. La
señal ensanchada es luego modulada en una portadora cuya frecuencia salta de
acuerdo para su secuencia de código igual para ambas técnicas.(Agudelo
Ramírez and Bernal Gallo 2010)
1.3 Aplicaciones de los sistemas de espectro extendido.
Los sistemas de espectro extendido tienen en la actualidad una gran diversidad de
aplicaciones, sobre la base de las ventajas que los mismos presentan.
Seguidamente brindamos una breve idea de algunas de ellas a manera de
ejemplo.
1.3.1 Multiplexación por división de código.
En los sistemas de multiplexación por división de código (CDMA) todos los
usuarios transmiten en el mismo ancho de banda simultáneamente, a los sistemas
que
utilizan
este
concepto
se
les
denomina
"sistemas
de
espectro
disperso".(Rahnama and Talebi 2013).
Ventajas
Resiste la interferencia intencional y no intencional, una cualidad muy importante
cuando se transmite en áreas congestionadas. (Mingote Marina 2009)
Tiene la habilidad de eliminar o atenuar el efecto de la propagación multicamino, la
cual es un gran obstáculo en las comunicaciones urbanas.(Ayala López 2008)
Puede compartir la misma banda de frecuencia (como un traslapamiento) con
otros usuarios, debido a su similitud con una señal de ruido. (Pulido 2012)
Operación limitada de interferencia, en cada señal se usa la totalidad del ancho de
banda.(MAGRO 2001)
Privacidad debido a los códigos aleatorios desconocidos, los códigos aplicados
son desconocidos para un usuario no deseado.
Posibilidad de acceso aleatorio, los usuarios pueden iniciar su transmisión a
cualquier instante de tiempo. (Sánchez Ponz 2000)
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
15
Los sistemas basados en multiplexación por división de código (CDMA) presentan
una reducción de la potencia de transmisión incrementando la vida de las baterías
y reduciendo el tamaño de los transmisores y receptores.
FUNCIONAMIENTO
Los sistemas de acceso múltiple por división de código, amplían el espectro de la
señal de datos en un rango de frecuencia mucho mayor que el requerido para la
transmisión de la señal por otras técnicas.
Los usuarios comparten la misma banda de frecuencia y cada señal es
identificada por un código especial, que actúa como una clave reconocida por el
transmisor y el receptor. La señal recibida es la suma de todas las señales
"combinadas", y cada receptor debe clasificar e identificar las señales que le
corresponden de las demás señales. Para hacer esto utiliza un código que
corresponde con el código transmitido.(ABLÁN and CANO)
La primera operación implica encontrar del código correcto, y así sincronizar el
código local con el código entrante. Una vez ha ocurrido la sincronización, la
correlación del código local y del código entrante permite la extracción de la
información apropiada y el rechazo de las otras señales.
También permite que dos señales idénticas que vienen de diversas fuentes, sean
demoduladas y combinadas, de modo tal que se mejore la calidad de la conexión,
por lo que es también una ventaja en las comunicaciones satelitales, el uso de
varios satélites (diversidad).
1.3.2 Sistemas celulares de acceso múltiple por división de
código.
Los sistemas celulares son sistemas de comunicaciones móviles por radio, basado
en la reutilización de la frecuencia. Un sistema de telefonía celular está
estructurado sobre un conjunto de canales de radiofrecuencias (RF) definido para
un área denominada célula en la cual se alojan múltiples estaciones móviles que
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
16
responden a una estación base (BS), la cual está conectada a una central de
conmutación móvil (MSC), la que está integrada con la red pública de telefonía
conmutada (PSTN)(Armada Chapa 2013). La extensión geográfica de una red de
telefonía celular puede cubrir toda una ciudad, y están constituidas por muchas
células, de tal forma que celdas adyacentes contengan un conjunto de canales de
frecuencia distintas para evitar interferencia mutua. La técnica de reutilización de
frecuencias es una manera de economizar banda de espectro de radio y aumentar
la capacidad de usuarios telefónicos. (Arévalo Anchundia, Rojas Urbano et al.
2012)
Las comunicaciones telefónicas celulares han evolucionado, transitando por
diferentes etapas:
La primera generación celular data de los años 70, diseñados con tecnologías
analógicas de la época. Muchos sistemas todavía funcionan con esta técnica
denominada servicio de teléfonos móviles avanzados (AMPS) desarrollada por los
laboratorios Bell y posteriormente estandarizada con la norma TIA 553. Los
problemas que tienen son interrupción momentánea de la señal (handoff),
limitación de usuarios, la privacidad y autenticidad son vulnerables y pueden
ocurrir fraudes de teléfonos celulares "Clone".(Tapia and Carlos 2006).
La segunda generación se inicia con la emergente tecnología digital Acceso
Múltiple por División de Tiempo (TDMA) y Acceso Múltiple por División de Código
(CDMA). Con esta generación se mejoran los problemas del sistema anterior,
como la capacidad, seguridad, calidad y costo del servicio. Se desarrolló en los
90s con más auge en Europa(Zárate 2001). La tecnología Acceso Múltiple por
División de tiempo (TDMA) está normalizada en IS - 136 la cual incorpora un
control digital de canal, lo que permite al operador de la red una gran eficiencia en
la operación de tráfico de servicio. En 1992 fue propuesto un nuevo sistema de
telefonía celular basado en espectro ensanchado (Spread Spectrum), llamado
Acceso Múltiple por División de Código. En 1994 la TIA / EIA acogió la propuesta
denominada IS-95.(Lema Ordóñez 2005).Este sistema puede soportar I0 veces el
número de usuarios en sistemas analógicos, ofreciendo una serie de beneficios
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
17
que incluyen alta velocidad, mejor calidad, seguridad y eliminación de la necesidad
de planificación en la asignación de frecuencias para las células. El primer sistema
llamado Acceso Múltiple por División de Código se implementó en Hong Kong en
1995. El problema de esta tecnología es el rígido control de potencia por parte del
usuario, necesaria para eliminar los problemas de interferencia teniendo en cuenta
la recepción, además del ruido propio de banda amplia, la presencia de todos los
usuarios de un determinado canal RF dentro de la célula que interfieren entre sí,
pues ocupan todos, las mismas bandas.
Para los sistemas celulares digitales de Acceso Múltiple por División de Código
(CDMA) que emplean control de potencia, tal que todas las señales de enlace
ascendente (Móvil a base) son recibidas en el mismo nivel de potencia, y todos los
usuarios son distribuidos (DS o FH) sobre el total del ancho de banda disponible
W, luego la capacidad para N usuarios en la señal ascendente recibida en el sitio
de la base consta de la señal deseada con potencia S y N-1 usuarios
perturbadores, cada uno con potencia S, por el obligado control de potencia. La
relación señal a interferencia en la base es S/I=S/(N-1) S=1/(N-1), y la energía por
bit a la densidad espectral de potencia de interferencia Eb /I0 puede ser deducido
de igual manera, luego se llega a que la capacidad de celda está dada por N=WI
o/RE, donde R es el ruido. Esto señala que el número de usuarios N por ancho de
banda W asume que cada perturbador está transmitiendo continuamente. Siempre
que un patrón de reúso de células única, dé un desempeño aceptable al número
de usuarios, puede ser incrementado por el factor de sectorización. En Acceso
Múltiple por División de Código (CDMA) el elemento básico es Eb / I0 (energía de
bit / potencia por Hz) lo cual es relacionado con la razón de error de trama (FER).
Con el sistema Acceso Múltiple por División de Código (CDMA), sin embargo, hay
una relación mucho más suave entre el número de usuarios y el grado de
servicios. El operador puede permitir una llamada adicional a costas de una
pequeña degradación de la tasa de error e incrementa el número de canales
disponibles en las horas pico. Además el operador puede ofrecer calidad de
servicio (a diferentes costos), asignando una potencia más alta a ciertos usuarios
con prioridad. (Zafra 1999)
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
18
1.3.3 Sistemas de comunicaciones personales.
A los Sistemas personales de comunicaciones (PCS) se asignan 60 MHz en cada
vía, con tres canales de 5 MHz. En el rango de 1.85 a 1.990 GHz. Motorola
incorporó en 1994 una forma híbrida de acceso múltiple experimental, en particular
SFH-CDMA combinado con Acceso Múltiple por División de tiempo (TDMA), este
sistema fue diseñado para permitir verdadera movilidad portable y vehicular con
celdas de gran radio (1 a 4 millas) mientras permite la coexistencia con Sistemas
personales de comunicaciones (PCS) de costos más bajos que operan en
ambientes de solo peatones. Para soportar el margen total de los servicios de
Sistemas personales de comunicaciones (PCS), incluyendo datos, voz y
posteriormente multimedios(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010). Dentro de
una celda, la ortogonalidad es estrictamente mantenida(Tapia and Carlos 2006).
Requiriendo que dos usuarios no ocupen la misma frecuencia en el mismo tiempo.
El SFH-CDMA permite al sistema incorporar diversidad de frecuencias, el cual
minimiza la degradación del rendimiento debido a que los canales de
desvanecimiento son bajos, también las diversas interferencias(Viterbi 1995), lo
cual asegura que el sistema no esté sujeto a un problema de interferencia de peor
caso. Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) es empleado como el
método de acceso múltiple intracelular en este sistema. Acceso Múltiple por
División de Tiempo (TDMA) fácilmente permite la introducción de conceptos
"ancho de banda por demanda" y velocidades de datos asimétricos de enlace
descendente y ascendente.(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
1.3.4 G.P.S.: Sistemas de posicionamiento global.
Los sistemas de posicionamiento global (GPS) realizan los cálculos de posición,
altura y velocidad del usuario en cuestión entre otros elementos, basándose en
datos que envían sistemáticamente varios satélites.(Liu, Darabi et al. 2007) El
equipo de cada usuario dispone del receptor y del software necesario para hacer
el procesamiento requerido de las señales recibidas y a partir de los datos
extraídos, entre los que se encuentran la posición y la hora local del satélite,
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
19
obtener el resultado deseado. La transmisión de esos datos se realiza mediante
un sistema Acceso Múltiple por División de Código (CDMA), donde todos los
satélites transmiten en la misma banda de frecuencias, pero usando un código
pseudoaleatorio específico de cada uno,(Meel 1999), de manera que el equipo del
usuario puede identificar cada señal, decodificarla y a partir de ellas obtener los
datos requeridos para hacer los cálculos. Al transmitir todos los satélites en la
misma banda de frecuencias usando CDMA, además de las ventajas propias de
este sistema de acceso múltiple ya estudiadas, se añade que esto repercute
favorablemente en la concepción y diseño de la antena receptora (común para
todas las señales), lo que representa una ventaja adicional en esta aplicación.
1.3.5 Redes inalámbricas.
En los últimos años las redes inalámbricas (WLAN, Wireless Local Area Network)
han ganado muchos adeptos y popularidad en mercados verticales tales como
hospitales, fabricas, bodegas, tiendas de autoservicio, tiendas departamentales,
pequeños negocios y áreas académicas. Las redes inalámbricas permiten a los
usuarios acceder a información y recursos en tiempo real sin necesidad de estar
físicamente en un sólo lugar. Con WLANs la red por sí misma es móvil y elimina la
necesidad de usar cables y establece nuevas aplicaciones añadiendo flexibilidad a
la red y lo más importante incrementa la productividad y eficiencia en las
actividades diarias de la empresa. Un usuario dentro de una red inalámbrica
puede transmitir y recibir voz, datos y video dentro de edificios, entre edificios o
campus universitarios e inclusive sobre áreas metropolitanas a velocidades de
hasta 11 Mbps.(Frenzel, Carrasco et al. 2010).
Se utiliza varias tecnologías en redes inalámbricas. El empleo de cada una de
ellas depende mucho de la aplicación. Cada tecnología tiene sus ventajas y
desventajas. A continuación se listan las más importantes en este género.



Infrarrojo (Infrared)
Banda Angosta (Narrowband)
Espectro Extendido (Spread Spectrum)
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
20
Nos referimos solamente a esta última, por su vínculo con el tema de este trabajo.
Espectro extendido: La gran mayoría de los sistemas inalámbricos emplean la
tecnología de Espectro Extendido (Spread Spectrum), una tecnología de banda
amplia desarrollada por los militares estadounidenses que provee comunicaciones
seguras, confiables y de misión crítica. La tecnología de Espectro Extendido está
diseñada para intercambiar eficiencia en ancho de banda por confiabilidad,
integridad y seguridad. Es decir, más ancho de banda es consumida con respecto
al caso de la transmisión en banda angosta, pero el intercambio ancho de
[banda/potencia] produce una señal que es en efecto más fuerte y así más fácil de
detectar por el receptor que conoce los parámetros de la señal de espectro
extendido que está siendo difundida. Si el receptor no está sintonizado a la
frecuencia correcta, una señal de espectro extendido se miraría como ruido en el
fondo. Otra característica del espectro disperso es la reducción de interferencia
entre la señal procesada y otras señales no esenciales o ajenas al sistema de
comunicación.
1.4 Conclusiones del Capítulo 1.
Al desarrollar sistemas de comunicación digital siempre se debe tratar de emplear
el ancho de banda del canal de comunicación disponible en forma óptima y con la
menor potencia posible para proveer servicios de comunicación con calidad. Para
lograr dicho objetivo se debe tomar en cuenta la inmunidad ante interferencias y
confidencialidad en las comunicaciones, siendo estos aspectos atacados
mediante la técnica conocida como modulación de espectro extendido (Spread
Spectrum Modulation). Existen varias técnicas de modulación:
-Sistema de secuencia directa.
-Sistemas de saltos de frecuencias.
-Sistemas de saltos de tiempos
-Sistemas híbridos
- Sistemas de frecuencia modulada pulsada.
CAPÍTULO 1. Características generales de la modulación por espectro extendido.
21
Cada una tiene sus características y ventajas, pero las más usadas son Sistema
de secuencia directa, ya que múltiples usuarios pueden usar un canal a la vez y
Sistemas de saltos de frecuencias por su uso militar.
Esta técnica de espectro extendido ha tenido varias aplicaciones desde sus
inicios, las cuales se han ido desarrollando en el paso del tiempo:
- Sistemas celulares de acceso múltiple por división de código.
- Sistemas de comunicaciones personales.
- G.P.S.: Sistemas de posicionamiento global.
- Redes inalámbricas.
Hay una característica general en todos estos sistemas, que consiste en usar un
ancho de banda mucho mayor que el requerido en los sistemas tradicionales, que
se compensa con la posibilidad de coexistencia simultánea en la misma
frecuencia de varios sistemas, lo que compensa la deficiencia que podría
representar el uso de un mayor ancho de banda.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
22
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
2.1 Introducción a Matlab.
Su nombre proviene de las siglas Matlab que significan Matrix Laboratory,
(laboratorio de matrices). Matlab es un lenguaje de alto funcionamiento para
computación técnica. Este integra computación, visualización, y programación, en
un entorno fácil de usar donde los problemas y las soluciones son expresados en
la más familiar notación matemática. Los usos más familiares de Matlab son:
-Matemática y Computación.
-Desarrollo de algoritmos.
-Modelamiento, simulación y prototipado.
-Análisis de datos, exploración y visualización.
-Gráficas científicas e ingenieriles.
-Desarrollo de aplicaciones, incluyendo construcción de interfaces gráficas de
usuario.
Matlab
cuenta
con
un
sistema
interactivo
cuyo
elemento
básico
de
almacenamiento de información es la matriz, que tiene una característica
fundamental y es que no necesita dimensionamiento. Esto le permite resolver
varios problemas de computación técnica (especialmente aquellos que tienen
formulaciones matriciales y vectoriales) en una fracción de tiempo similar al que se
gastaría cuando se escribe un programa en un lenguaje no interactivo como C o
FORTRAN.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
23
El Matlab presenta una familia de soluciones a aplicaciones específicas de
acoplamiento rápido llamadas “cajas de herramientas” (toolboxes). Los toolboxes
son colecciones muy comprensibles de funciones Matlab, o archivos de Matlab (Mfiles) que extienden el entorno de Matlab para resolver diversos problemas.
Algunas de las áreas en las cuales existen toolboxes disponibles son:
-Procesamiento de señales.
-Sistemas de control.
-Redes neuronales.
-Lógica difusa.
-Wavelets.
-Simulación.
(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
2.1.1 Simulink.
Simulink es una extensión de Matlab que utiliza una interfaz basada en íconos
para la construcción de un diagrama de bloques de representación de un proceso.
Un diagrama de bloques es simplemente una representación gráfica de un
proceso (el cual se compone de una entrada, el sistema, y una salida).(Gil
Rodríguez 2003)
Figura 2.1: Sistema de bloques de un proceso simple.
Simulink utiliza una interfaz gráfica de usuario (GUI) para la simulación de
procesos. En lugar de escribir el código de Matlab, simplemente se conecta los
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
24
iconos necesarios para construir el diagrama de bloques como se muestra en la
figura 2.1.
El diagrama de bloques se compone de los íconos que representan las diferentes
secciones del proceso (entradas, los modelos de espacio de estado, funciones de
transferencia, salidas, etc.) y las conexiones entre los íconos (que son hechas por
una línea que une los íconos). Una vez que el diagrama de bloques es construido,
se debe especificar los parámetros en los distintos bloques, por ejemplo, la
ganancia de una función de transferencia. Una vez que estos parámetros se
especifican, a continuación el usuario tiene que definir el método de integración
(de las ecuaciones dinámicas), amplitud de paso, de inicio y fin de los tiempos de
la integración, en el menú de simulación de la ventana de diagrama de
bloques.(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
2.1.2 Blockset de comunicaciones.
Es un software con una extensa biblioteca de bloques para diseñar y simular la
capa física de un sistema de comunicaciones y todos sus componentes. Sus
principales características son:
-Bloques para el diseño y la simulación de la capa física de un sistema de
comunicaciones, modulación y codificación de canales, además de ecualización.
-La capacidad de ajustar los modelos y visualizar los resultados.
-Herramientas prácticas para un perfecto análisis.
(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
2.1.3 Principales bloques utilizados para la simulación.
A continuación se presenta una breve descripción de los principales bloques
utilizados para el desarrollo de las simulaciones realizadas en este trabajo:
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
25
Canal AWGN (AWGN Channel)
El bloque AWGN Channel añade ruido blanco gaussiano a una señal de entrada
real o compleja. Cuando la señal de entrada es real, este bloque añade ruido
gaussiano real y produce una señal de salida real. Cuando la señal de entrada es
compleja, este bloque añade ruido gaussiano complejo y produce una señal de
salida compleja. Este bloque hereda su tiempo de la muestra de la señal de
entrada.
Este bloque utiliza el sistema de bloques de procesamiento de señales, el cual
proporciona un bloque que genera ruido al azar. Los números aleatorios se
generan mediante el método Zigurat, que es el mismo método utilizado por la
función random de Matlab.(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
Parámetros y cuadro de diálogo
Figura 2.2: Cuadro de Dialogo del Canal AWGN.
-Initial seed (Semilla inicial): La semilla para el generador de ruido gaussiano.
-Mode (modo): el modo por el cual se especifica la varianza del ruido: Relación
señal a ruido (Eb/No), Relación señal/ruido (Es/No), Relación señal / ruido (SNR),
varianza por máscara o varianza por puerto.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
26
-Eb/No (dB): Relación entre la energía del bit y la densidad espectral de potencia
de ruido, en decibeles. Este campo sólo aparece si el modo se establece en Eb /
No.
-Es/No (dB): proporción de energía de la señal a la densidad espectral de
potencia de ruido, en decibel. Este campo sólo aparece si el modo se ajusta a Es /
No.
-SNR (dB): Relación de la potencia de la señal a la potencia de ruido dada en
decibel. Este campo sólo aparece si el modo se establece en SNR.
-Number of bits per symbol: El número de bits en cada símbolo de entrada. Este
campo sólo aparece si el modo se establece en Eb / No.
-Input signal power: La potencia media cuadrada de los símbolos de entrada (si
es el modo de Eb / No o Es / No) o las muestras de entrada (si es el modo de
relación SNR), en vatios. Este campo sólo aparece si el modo se establece en Eb /
No, Es / n, o SNR.
-Symbol period (s): La duración de un símbolo del canal en cuestión, en
segundos. Este campo sólo aparece si el modo se establece en Eb / No o Es / No.
-Variance: La varianza del ruido blanco gaussiano. Este campo sólo aparece si el
modo se ajusta a la varianza por máscara.
Cálculo de la tasa de error (Error Rate Calculation)
El bloque de cálculo de la tasa de error compara los datos de entrada de un
emisor con datos de salida de un
receptor o entrada al bloque. Este bloque
calcula la proporción de errores en los datos recibidos comparando estos con una
versión retardada de la señal transmitida. La salida del bloque es la proporción de
errores, seguido del número de errores detectados y el total de símbolos que
fueron comparados. Los resultados pueden enviarse tanto al espacio de trabajo
como a un puerto de salida del bloque. Puede usarse para calcular tanto la tasa de
errores de bit como de símbolos. Si a la entrada hay bits, el bloque calcula la
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
27
proporción de errores de bit, si a la entrada hay símbolos el calcula la proporción
de errores de símbolos. (Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010)
Parámetros y cuadro de diálogo
Figura 2.3: Cuadro de dialogo del Bloque de error.
-Receive delay: Número de muestras por el cual los datos recibidos se atrasan
con relación a los datos transmitidos. (Si Tx o Rx es un vector, cada entrada
representa una muestra.).
-Computation delay: Número de muestras que el bloque debe pasar por alto al
principio de la comparación.
-Computation mode: Selecciona las muestras de las máscaras o selecciona las
muestras desde el puerto, dependiendo de si el bloque debe considerar la
totalidad o sólo una parte de las tramas de entrada.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
28
-Selected samples from frame: Un vector que enumera los índices de los
elementos del vector que representa el campo recibido (Rx) que el bloque debe
utilizar al hacer las comparaciones. Este campo aparece solamente cuando el
modo de computación se establece para seleccionar las muestras desde la
máscara.
-Output data Datos de salida: En dependencia de a donde se desee enviar los
datos de salida, se puede definir espacio de trabajo o puerto de salida del bloque.
-Variable name: Nombre de la variable para el vector “datos de salida” en el
espacio de trabajo del Matlab. Este campo aparece solamente cuando los datos
de salida se encaminan al espacio de trabajo.
-Reset port: Si se marca esta casilla, a continuación aparecerá un puerto de
entrada adicional, etiquetado Rst.
-Stop simulation: Si se marca esta casilla, la simulación se ejecuta sólo hasta
que este bloque detecta un número determinado de errores o realiza un
determinado número de comparaciones, dependiendo de lo que ocurra primero.
-Target number of errors: La simulación se detiene después de la detección de
este número de errores.
-Maximum number of symbols: La simulación se detiene después de hacer este
número de comparaciones. Este campo se active solamente si el campo “detener
simulación” se selecciona.
Generador de secuencia PN (PN Sequence Generator)
El bloque generador de secuencia PN genera una secuencia de números binarios
pseudoaleatorios utilizando un registro de desplazamiento de realimentación lineal
(LFSR). El LFSR se implementa usando una configuración del generador de
registro de desplazamiento simple (SSRG o Fibonacci). Una secuencia de
pseudoruido se puede utilizar en un codificador pseudoaleatorio y descodificador
.Parámetros y cuadro de diálogo
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
29
Figura 2.4: Cuadro de dialogo del Generador de secuencia PN.
-Generador polynomial: Las conexiones de retroalimentación del registro de
desplazamiento es determinadas por un polinomio.
-Initial states: Vector de estados iniciales de los registros de desplazamiento.
-Output mask source (Fuente de la máscara de salida): Específica cómo se da
al bloque información de la máscara de salida. Cuando se ajusta a los parámetros
de diálogo, el campo Vector máscara Campo de salida (o valor de cambio escalar)
está habilitada para la entrada del usuario. Cuando se establece en el puerto de
entrada, aparece un puerto en el icono del bloque.
-Output mask vector (or scalar shift value) (vector máscara de salida o valor
de cambio escalar): Este campo sólo está disponible cuando la fuente de la
máscara de salida se ajusta a parámetros de dialogo. Es un escalar entero o
vector binario que determina el retardo de la secuencia PN desde el momento
inicial. Si especifica el desplazamiento como vector binario, la longitud del vector
debe ser equivalente al grado del polinomio generador.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
30
-Sample time: Período de cada elemento de la señal de salida.
-Frame-based outputs (Salidas basado Tramas): Determina si la salida está
basada en tramas o muestras.
-Samples per frame: El número de muestras en una trama de señal de salida
basada en tramas. Este campo sólo está activo si se selecciona la casilla de
verificación salidas basada en los fotogramas.
-Reset on nonzero input (Reinicializar cuando la entrada es diferente de
cero): Cuando se selecciona, se puede especificar una señal de entrada que
restablece los registros de desplazamiento interno a los valores originales de los
parámetros del estado inicial.
-Enable bit-packed outputs (Habilitar salidas en paquetes): Cuando se
selecciona, se habilita el campo número de bits por paquetes y la opción interprete
el valor del paquete de bits vacío.
-Number of packed bits: Índica el número de bits para empacar en cada palabra
de datos de salida (rango permitido es de 1 a 32).
-Interpret
bit-packed
values
as
signed
(Interpretar
valores
de
bit-
empaquetado como marcado): Indica si los bits en los paquetes se tratan como
valores marcados o no. Cuando se selecciona se sitúa un 1 en el bit más
significativo (bit de marca) el que indica que se trata de un valor negativo.
-Output data type (Tipo de datos de salida): Por defecto, aparece en doble,
pero se puede seleccionar la salida deseada.
Señal de datos (Random Integer Generator)
Bloque Generador de enteros aleatorios: Este bloque genera valores enteros
aleatorios uniformemente distribuidos en el rango entre [0, M-1], donde M es el
número M-ario que se define en el cuadro de dialogo. El número M-ario puede ser
tanto un escalar como un vector. Si es un escalar, todas las variables aleatorias de
salida son independientes e idénticamente distribuidas. Si es un vector, entonces
su longitud debe ser igual a la longitud de la semilla inicial de los números
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
31
aleatorios; en este caso cada salida tiene su propio rango. Si el valor de la semilla
es constante, el ruido resultante es repetitivo.
Parámetros y cuadro de diálogo
Figura 2.5: Cuadro de dialogo de la Señal de datos.
-M-ary number: El numero entero positivo o vector de enteros positivos, que
indica el rango de valores de salida.
-Initial seed (Semilla inicial): El valor de semilla inicial para el generador de
números aleatorios. La longitud del vector de la semilla determina la longitud del
vector de salida.
-Sample time (Tiempo de la muestra): El período de cada vector o fila de la
matriz.
-Frame-based outputs (Salidas basadas en tramas): Determina si la salida se
basa en tramas o en muestras. Este cuadro está activo sólo si Interpretar
parámetros vectoriales como 1-D no está marcada.
-Samples per frame (Las muestras por trama): El número de muestras en cada
columna de una señal de salida basada en tramas. Este campo sólo se activa si
es marcada Interpretar parámetros vectoriales como 1-D (Interpret vector
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
32
parameters as 1-D).Si esta casilla está marcada, entonces la salida es una señal
unidimensional. De lo contrario, la salida es una señal de dos dimensiones. Esta
casilla sólo se activa si la salida basada en tramas esta sin marcar.
-Output data type (Tipo de datos de salida): El tipo de datos de salida del
bloque puede especificarse como booleanos, int8, uint8, Int16, uint16, int32,
uint32, simple o doble. De forma predeterminada aparece como doble. Las salidas
simples pueden acarrear resultados diferentes cuando se comparen con salidas
dobles para el mismo sistema de parámetros. Para salidas de tipo booleano el
número M-ario debe ser 2.
2.2 Sistema de espectro extendido de secuencia directa.
La construcción de los esquemas de la modulación de Secuencia Directa es la
tradicional, teniendo en cuenta las bases de espectro extendido. Estas
simulaciones tienen un esquema fácil de construir y simular, que hace que su
implementación sea clara, se utilizan tres simulaciones para poder ver el
comportamiento de este sistema de Secuencia Directa, en condiciones ideales, en
presencia de ruido y en presencia de interferencia.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
33
Figura 2.6: Diagrama de la simulación espectro extendido de secuencia directa
ideal.
En la figura 2.6 se observa el diagrama de simulación, se inició con un generador
de números enteros aleatorios que representa la señal de datos que se va
transmitir, este generador posee una amplitud máxima de la señal igual a 1 volt y
duración de las muestras de 1e-6 segundos. A continuación la señal es
multiplicada por la salida de un generador de secuencias aleatorias para expandir
su espectro. Debe recordarse que la expansión del espectro requiere que la
duración de los pulsos de esta secuencia sea menor que la duración de los pulsos
de los datos a ser expandidos. Posteriormente la señal expandida ingresa al
modulador BPSK, que como se conoce es un paso de modulación necesario, ya
que hasta ese punto la señal obtenida tiene un espectro extendido pero de banda
base, es decir, de bajas frecuencias que no es adecuado para su transmisión por
radio, que es su aplicación principal. El proceso de demodulación se lleva a cabo
mediante el demodulador BPSK seguido de la multiplicación por la secuencia
pseudoaleatoria, con lo que se logra desensanchar el espectro nuevamente. El
tiempo utilizado en estas simulaciones es 0.4 segundos.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
34
Figura 2.7: Diagrama de la simulación de secuencia directa con ruido.
El diagrama de la figura 2.7 es muy similar al anterior pero se le ha añadido un
canal de comunicación afectado por ruido blanco gaussiano (AWGN), donde la
señal entra en canal AWGN y se le adiciona una proporción de ruido equivalente a
un SNR = 40 dB, valor que se tomó como punto de partida, pues representa un
canal de buena calidad.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
35
Figura 2.8: Diagrama de la simulación de espectro extendido de secuencia directa
con interferencia.
En el diagrama de la figura 2.8, para contemplar los efectos de la interferencia, se
añadió a la entrada de la parte receptora del sistema un nuevo canal con una
secuencia pseudoaleatoria diferente a la original, la que simula la interferencia, de
manera tal que este esquema permite analizar cómo se comporta el sistema ante
estos dos efectos negativos. Para analizar los efectos de varias interferencias
sobre la Pe en la señal recibida, basta con modificar el sumador y añadir tantos
canales interferentes como sea necesario, utilizando en cada uno un código de
expansión diferente.
2.3 Sistema de espectro extendido de saltos de frecuencia.
La modulación de espectro ensanchado por saltos de frecuencia se usa
principalmente con el fin de tener confidencialidad al momento de llevar a cabo la
comunicación por lo cual es usada en campos militares para evitar la
interceptación de sus mensajes(Agudelo Ramírez and Bernal Gallo 2010). El
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
36
hecho de que esta modulación tenga énfasis en un nivel de privacidad alto, hace
que posea un esquema complejo lo cual implica que su implementación sea más
complicada.(Córdova and Chávez 2013).
En la Figura.2.9 se observa el diagrama de la simulación FHSS utilizado para
comprobar el principio de funcionamiento con la obtención de los datos
necesarios, fundamentalmente espectro de frecuencias en los diferentes puntos y
la medición de la probabilidad de ocurrencia de errores. Al igual que en los
diagramas anteriores esta simulación inicia en un generador de datos aleatorios
que representa la señal de datos. A continuación la señal va al modulador M-FSK,
el cual posee un número M-ario de 2 y un producto BT=0.5. Seguidamente la
señal es multiplicada por el subsistema que genera los saltos en la frecuencia, el
cual consta de un generador de secuencias pseudoaleatorias y un modulador MFSK con M=8 frecuencias en este caso particular. Así, a la salida del bloque
multiplicador se obtendrán los saltos de frecuencia deseados, aspecto que se
fundamenta en un principio elemental de modulación lineal, obteniéndose a la
salida del multiplicador en cada instante las correspondientes combinaciones de
las frecuencias de sus entradas. En la medida en que se selecciones un valor de
M mayor en el subsistema de salto, se obtendrán más saltos en la frecuencia en la
señal expandida. El proceso de demodulación de la señal consiste básicamente
en la multiplicación por el subsistema de saltos, el que debe ser idéntico al usado
en el transmisor, es decir, con un código idéntico y con el mismo valor de M usado
en modulador M_FSK del transmisor, con lo que se consigue eliminar los saltos de
frecuencia, luego se realiza la demodulación 2-FSK y finalmente se realiza el
proceso de medición gráfica y numérica de interés. El tiempo utilizado en esta
simulación es de 0.4 segundos.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
37
Figura 2.9: Diagrama de la simulación del sistema de modulación-demodulación
de espectro extendido de saltos de frecuencia.
En la modulación de la Figura.2.10 se le añade un canal AWGN donde se le
adiciona una proporción de ruido dada por un SNR = 40 dB.
CAPÍTULO 2. Comprobaciones prácticas.
38
Figura 2.10. Diagrama de la simulación del sistema de modulación-demodulación
de espectro extendido de saltos de frecuencia con ruido.
2.4 Conclusiones del Capítulo 2.
En este capítulo damos una pequeña introducción al programa a utilizar, el MatLab
y el Simulink que es una extensión del MatLab que utiliza una interfaz basada en
íconos para la construcción de un diagrama de bloques de representación de un
proceso.
Para poder montar las diagramas de simulación de los sistemas de espectro
extendidos de saltos de frecuencias y los sistemas de espectro extendido de
secuencia directa.
Los esquemas propuestos, montados y probados resultan de utilidad para
demostrar en prácticas de laboratorio los principios de estos sistemas de
transmisión de señales, las características del espectro en diferentes puntos, así
como el desempeño en presencia de ruido e interferencia.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
39
CAPÍTULO 3. Interpretación, análisis y comparación de
los resultados.
3.1 Sistema de espectro extendido de secuencia directa.
3.1.1 Verificación del ensanchamiento del espectro en el sistema
de espectro extendido de secuencia directa.
Los datos de entrada, obtenidos a partir del generador de números aleatorios
enteros, proporcionan una señal de onda cuadrada, que tiene un espectro típico
de bajas frecuencias. En la figura 3.1 se muestra el espectro obtenido para este
caso en particular.
Figura 3.1: Espectro de la señal de entrada en la simulación del espectro
extendido de secuencia directa.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
40
Después de ser multiplicado por la señal del generador de secuencia aleatoria
obtenemos el espectro ensanchado como muestra la figura 3.2.
Figura 3.2: Espectro de la señal después de pasar por la expansión de su espectro
usando el método de secuencia directa.
La magnitud del ensanchamiento del espectro depende del ancho de los pulsos de
la secuencia pseudoaleatoria. En la medida que esos pulsos sean más estrechos
se obtendrá un espectro más ensanchado. En este caso se usaron pulsos de
duración 5e-5 segundos, con pulsos más estrechos se podría obtener mayor
expansión del espectro resultante, el que sigue siendo un espectro típico de banda
base y se requiere de un paso posterior de modulación para adaptar el espectro a
las características del canal de comunicación.
3.1.2 Verificación de los efectos del ruido sobre la Pe en la señal
recuperada en la simulación del espectro extendido de
secuencia directa.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
41
Para la verificación de los efectos del ruido sobre la señal recibida después de
pasar por el sistema de modulación y demodulación en un canal de
comunicaciones con ruido aditivo blanco y gaussiano, se realizaron diferentes
lecturas, variando la relación señal a ruido del canal desde SNR=1 hasta 15 dB.
Tabla 3.1: Análisis estadístico: relación señal a ruido vs proporción de bits errados
en la simulación del espectro extendido por secuencia directa al pasar por un
canal con ruido aditivo, blanco y gaussiano.
Tiempo de simulación 0.4 segundos
SNR (dB)
Bits trasmitidos
Bits errados en la Proporción
de
bits
salida.
recibidos con error (Pe)
1
399660
22304
0.0558
2
399660
14944
0.0374
3
399600
9063
0.02268
5
399600
2274
0.005569
8
399600
73
0.00018
10
399600
2
5.0e-6
12
399600
0
0
15
399600
0
0
La tabla 3.1 muestra la respuesta de la modulación del espectro extendido de
secuencia directa (DSSS) en un tiempo de simulación de 0.4 segundos realizando
una variación en la SNR y llevando a cabo la recuperación de los datos.
En esta tabla se ve que la respuesta de la modulación DSSS ante relaciones señal
ruido altas es muy buena ya que para SNR = 8 dB o superior, la proporción de bits
recibidos con error es menor que 2e-4.
En la figura 3.3. Se puede ver el gráfico de la relación señal ruido contra
proporción de bits errados. Se puede observar que la proporción de bits errados
cambia en función de la relación señal ruido del canal, estabilizándose
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
42
prácticamente sin errores a partir de aproximadamente SNR = 10, lo que evidencia
un buen desempeño de este sistema en presencia de ruido.
Pe
Bits trasmitidos
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
1
2
3
5
8
10
12
15
SNR(dB)
Figura 3.3: Relación señal a ruido del canal vs proporción de bits errados recibidos
en la simulación de la modulación de espectro extendido de secuencia directa con
ruido aditivo, blanco y gaussiano.
3.1.3 Verificación de los efectos de la interferencia sobre la Pe en la señal
recuperada en el sistema de modulación de espectro extendido de
secuencia directa en presencia de interferencia de otros canales
similares.
En esta simulación se le agrega al esquema anterior un canal de interferencia en
conjunto con el ruido blanco gaussiano para ver cómo se manifiesta este sistema
de espectro extendido en presencia de diferentes interferencias.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
43
Tabla 3.2: Análisis estadístico: relación interferencia vs proporción de bits errados
en un sistema de modulación de secuencia directa en presencia de interferencias
de canales de características similares.
Tiempo de simulación 0.4 segundos.
# de Sistemas Bits
que interfieren
trasmitidos
Bits
errados Proporción de bits recibidos
en la salida.
con error (Pe)
1
399660
98135
0.245
2
399660
98100
0.245
3
399600
122112
0.305
4
399600
128100
0.320
5
399600
139453
0.348
3.2 Sistema de espectro extendido de salto de frecuencia.
3.2.1 Verificación del ensanchamiento del espectro en el sistema
de espectro extendido de salto de frecuencia.
Los datos de entrada, son una señal cuadrada generadas por el generador de
números aleatorios enteros. En la figura 3.4 se muestra el espectro obtenido para
este caso en particular.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
44
Figura 3.4: Espectro de la señal de entrada en la simulación del espectro
extendido de saltos de frecuencias.
Con el fin de expandir el espectro de la señal de entrada, esta es modulada en el
bloque modulador por desplazamiento de frecuencia binario (2-FSK) y luego
multiplicada por la salida de un sintetizador de frecuencia alimentado por un
generador de códigos aleatorios, tal como se describió en el epígrafe 2.3.
3.2.2 Verificacion de los saltos de frecuencias.
Las figuras 3.5 a) y 3.5 b) permiten observar la señal a la salida del canal en dos
instantes de tiempo diferentes, esto con el fin de mostrar los saltos en la
frecuencia al realizar el envío de la información. Se puede ver claramente en la
figura 3.5 a) que la información es enviada sobre una frecuencia aproximada de 0
a 10MHz y en la figura 3.5 b) la frecuencia en la cual está siendo transmitida la
información es de aproximadamente 160 a 170MHz, lo cual representa
exitosamente el comportamiento de la modulación FHSS.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
45
a)
b)
Figura 3.5: Espectro de la señal de salida en la simulación de espectro extendido
de saltos de frecuencia, tomada en dos instantes diferentes para verificar los
saltos de frecuencia.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
46
3.2.3 Verificacion de los efectos de ruidos en saltos de frecuencias.
Tabla 3.3: Análisis estadístico: relación señal a ruido vs proporción de bits errados
sistema de espectro extendido de saltos de frecuencia.
Tiempo de simulación 0.4.
SNR
Bits
Bits errados
Proporción bits trasmitidos y errados
(dB)
trasmitidos
1
399660
199489
0.4992
3
399600
199440
0.4990
50
399600
197909
0.4953
70
399600
183565
0.4593
80
399600
149843
0.3750
90
399600
63145
0.1580
100
399600
315
0.000788
110
399600
0
0
En la tabla 3.3 se muestran los efectos del ruido del canal sobre la probabilidad de
ocurrencia de errores en la salida del demodulador en el sistema de saltos de
frecuencia. Los resultados muestran una probabilidad de ocurrencia de errores a
la salida muy elevada cuando la relación señal a ruido del canal es baja, la que va
mejorando al incrementarse la relación señal a ruido en el canal, llegando a un
comportamiento sin errores para valores altos de SNR (dB) en el canal, superior a
los 90 dB. Estos resultados también se muestran en la figura 3.6.
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
47
Bits trasmitidos
0,6
0,5
Pe
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
3
50
70
80
SNR(dB)
90
100
110
Figura 3.6: Relación señal a ruido del canal vs proporción de bits errados recibid
os en la simulación de la modulación de espectro extendido de salto de frecuencia
con ruido aditivo, blanco y gaussiano.
3.3 Conclusiones del Capítulo 3.
En este capítulo pudimos ver los resultados de las simulaciones, analizados por
sistemas, donde podemos destacar el sistema de espectro extendido por
secuencia directa, ya que por su facilidad de implementación pudimos trabajar y
analizarlo mejor que en el sistema de espectro extendido por salto de frecuencia,
pero se realizaron observaciones en los aspectos que se consideraron relevantes
dado los parámetros utilizados.
Es posible apreciar en la figuras 3.3 y 3.6 de las modulaciones de espectro
extendido de secuencia directa y espectro extendido de saltos de frecuencias, que
en ambos casos, al mejorar la SNR (dB) se llega a un punto a partir del cual ya no
ocurren errores, evidentemente en el tiempo de simulación reducido que se
realizan estas simulaciones, logran llegar a un punto en el cual la cantidad de bits
errados es cero, lo que permite una adecuada transmisión de los datos. En el
sistema de saltos de frecuencias se logra esa condición para un nivel de relación
CAPÍTULO 3. Interpretación,análisis y comparación de los resultados.
48
señal a ruido muy alto. También se puede observar que la modulación de espectro
extendido por secuencia directa presenta mucho menos errores a lo largo de su
tiempo de transmisión.
Los ejercicios realizados permiten demostrar en ambos sistemas: el principio de
funcionamiento, el ensanchamiento del espectro, el desempeño en presencia de
ruido y el desempeño en presencia de interferencias.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
49
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
1. En este trabajo de diploma se realizó un estudio de las principales
características de los sistemas de modulación de espectro extendido. En
particular:

Se mostraron los sistemas fundamentales de modulación de espectro
extendido, sus principios y características más relevantes, se particularizó
en los dos sistemas más frecuentemente usados: Secuencia Directa y
Saltos de Frecuencia.

Se realizó un estudio de los bloques del Simulink del Matlab relacionados
con la simulación de sistemas de comunicaciones, particularmente los
relacionados con este trabajo, destacando los parámetros más importantes.

Se simularon esquemas básicos de modulación de espectro extendido para
los dos sistemas básicos seleccionados.

Para cada uno de los sistemas seleccionados se realizaron escenarios de
simulación para verificar el ensanchamiento del espectro de frecuencias en
la señal modulada resultante, en desempeño en presencia de ruido y el
desempeño en presencia de interferencias.
2.
Con los resultados de los ejercicios de laboratorio virtuales realizados para la
modulación de espectro extendido por secuencia directa y por saltos de
frecuencia, se observa en ambos casos que:

Se logra un ensanchamiento del espectro después de la modulación,
aunque con principios diferentes. En el sistema de Secuencia Directa al
multiplicar los datos por la secuencia pseudoaleatoria de pulsos más
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
50
estrechos que los de la señal y en el caso de saltos de frecuencia logrando
la traslación del espectro de la señal a diferentes valores de frecuencia, en
función de la secuencia pseudoaleatoria utilizada.

Se puede medir el desempeño en presencia de ruido al variar la relación
señal a ruido (SNR dB) a la salida del canal, con resultados esperados, es
decir la reducción de la Pe a la salida del receptor al aumentar la SNR(dB),
con mejores resultados en la simulación de Secuencia Directa.

Se añaden varios canales interferentes y en ambos casos se aprecia el
deterioro de la Pe a la salida del sistema al aumentar el número de canales
interferentes.
3.
Con los resultados obtenidos, mediante los ejercicios propuestos, simulados
y ensayados resulta factible la realización de prácticas de laboratorio de utilidad en
el estudio de los sistemas de Modulación de Espectro Extendido.
Recomendaciones

Estudiar la influencia de las características de los códigos utilizados para la
expansión del espectro en ambos sistemas, particularmente la influencia de
la dependencia estadística entre diferentes códigos sobre la interferencia
entre canales de espectro extendido similares.

Estudiar, utilizando la simulación, diferentes sistemas de multiplexación,
particularmente la multiplexación por división en frecuencia ortogonal
(OFDM).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
51
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABLÁN, N. and M. CANO "ANALISIS COMPRATIVO ENTRE CDMA Y TDMA."
Agudelo Ramírez, A. M. and P. C. Bernal Gallo (2010). "Simulación comparativa de
sistemas de comunicaciones PLC en baja tensión."
Alexis, J. and A. L. Ramírez Hurtado (2011). "Transmisión de información usando la
modulación (DSSS) espectro ensanchado por secuencia directa."
Amado, F. (2008). "Técnicas de acceso múltiple y algoritmos de detección de múltiples
usuarios en telefonía celular: Análisis Comparativo." Universidad de Costa Rica.
Arévalo Anchundia, C. D., J. J. Rojas Urbano, et al. (2012). "Material didáctico para el
estudio y simulación de CDMA: Aplicación a comunicaciones móviles."
Armada Chapa, J. (2013). "Análisis de prestaciones en el enlace ascendente de un sistema
celular con espectro ensanchado y MIMO."
Ayala López, E. J. (2008). Estudio de la técnica de acceso múltiple por división de código
óptico, QUITO/EPN/2008.
BURBANO, C., R. HERRERA, et al. (2004). "Desarrollo de una red movil de
comunicación utilizando tecnologia de espectro ensanchado (ss) en la ciudad de Guayaquil
en la banda de frecuencia icm (2.4-2.4835) ghz=(2400-2483.5) mhz."
Castellanos Domínguez, C. G. "Comparación de las cualidades de autocorrelación
aperiódica de las señales MSK y BPSK con espectro ensanchado de secuencia directa."
Noos: Revista del Departamento de Ciencias(7): 84-97.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
52
Córdova, H. and P. Chávez (2013). "Estudio, Modelamiento y Simulación de Sistemas de
Espectro Ensanchado Secuencia Directa y Salto De Frecuencia." Revista TecnológicaESPOL 18(1).
de Avanzada, T. "HOP SEQUENCES GENERATOR CODE FOR WLAN SPREAD
SPECTRUM DEVICES CODIGO GENERADOR DE SECUENCIAS DE SALTO PARA
DISPOSITIVOS DE ESPECTRO EXTENDIDO EN WLAN."
DE, I. C. and E. ENSANCHADO "III. 1. Introducción."
Deslarmes, J. (2008). "Spread Spectrum: análisis de la técnica direct sequence y sus
aplicaciones."
Flikkema, P. (1997). "Spread-spectrum techniques for wireless communication." Signal
Processing Magazine, IEEE 14(3): 26-36.
Frenzel, A., A. Carrasco, et al. (2010). Física De Las Ondas Radioeléctricas Dentro Del
Estándar IEEE 802.11 b, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Tucumán.
Argentina: Editorial de la Universidad Tecnológica Nacional.
Gil Rodríguez, M. (2003). Introducción rápida a Matlab y Simulink para ciencia e
ingeniería, Ediciones Díaz de Santos.
IGNACIO, O. L. E. and P. V. A. VALERIA ( 2006 ). PROCESAMIENTO DIGITAL DE
SEÑALES Y TRANSMICIÓN DE DATOS. COMUNICACIONES INALAMBRICAS.
JUAREZ SANCHEZ, A. (2010). CAPACIDAD DEL SISTEMA DE ACCESO
MULTIPLE POR DIVISION DE CODIGO.
Kim, C.-J., H.-J. Lee, et al. (1998). "Adaptive acquisition of PN sequences for DSSS
communications." Communications, IEEE Transactions on 46(8): 993-996.
Ladino, M. I. and P. A. Villa (2010). "Espectro ensanchado por secuencia directa." Scientia
et Technica 1(44): 167-172.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
53
Lema Ordóñez, R. F. (2005). "Diseño de procedimientos técnicos para la homologación de
equipos terminales de espectro ensanchado."
Liu, H., H. Darabi, et al. (2007). "Survey of wireless indoor positioning techniques and
systems." Systems, Man, and Cybernetics, Part C: Applications and Reviews, IEEE
Transactions on 37(6): 1067-1080.
MAGRO, J. J. G. H. (2001). "Acceso múltiple por división de código (CDMA)." Sistemas
inalámbricos de comunicación personal: 85.
Mayné, J. (2009). "Estado actual de las comunicaciones por radio frecuencia." SILICA An
Avnet Division Rev 4.
Meel, J. (1999). "Spread spectrum (SS)." De Nayer Instituut, Hogeschool Voor Wetenschap
& Kunst.
Mingote Marina, I. (2009). "Estudio de esquemas de diversidad cooperativa en sistemas
CDMA."
Pulido, J. G. L. (2012). "Multiplexación CDMA para comunicaciones móviles." Revista
Universidad EAFIT 34(111): 77-86.
Rahnama, N. and S. Talebi (2013). "Performance comparison of chaotic spreading
sequences generated by two different classes of chaotic systems in a chaos-based direct
sequence-code division multiple access system." IET Communications 7(10): 1024-1031.
Ramírez, A. M. A., P. C. B. Gallo, et al. (2013). "Espectro Ensanchado por Saltos de
Frecuencia para la Transmisión de Información por Líneas de Potencia." Scientia et
Technica 18(1): 225-232.
Sánchez Ponz, J. L. (2000). "CDMA: comunicaciones de espectro ensanchado."
Segura, C. M. (2008). "Nuevas técnicas para el sistema de control de un receptor
multirresolutivo de DS-SS CDMA." Revista del Centro de Investigación. Universidad la
Salle 8(30): 29-49.
Tapia, L. and J. Carlos (2006). "Conceptos básicos de telefonía celular."
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
54
Vannucci, G. (1992). Direct sequence spread spectrum (DSSS) communications system
with frequency modulation utilized to achieve spectral spreading, Google Patents.
Viterbi, A. J. (1995). CDMA: principles of spread spectrum communication, Addison
Wesley Longman Publishing Co., Inc.
Zafra, J. N. P. (1999). "Espectro ensanchado." Ingeniería 5(1): 71-78.
Zárate, L. G. A. (2001). Técnicas de acceso y gestión de recursos para garantizar calidad de
servicio en sistemas de comunicaciones moviles basados en CDMA, Universitat Politècnica
de Catalunya.
ANEXOS
55