CURSO VERANO 2012: FUNDAMENTOS E INTRODUCCION A LAS TELECOMUNICACIONES UNIDAD 2. MODULACION INSTRUCTOR : MIGUEL ANGEL PEREZ SOLANO Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica Instituto Tecnológico de Oaxaca http://solano.orgfree.com © ILCEO: ING. MIGUEL ANGEL PEREZ SOLANO

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA ( el concepto de modulación) Modulación es un proceso en los sistemas de telecomunicaciones utilizado para mezclar dos señales; una de baja frecuencia (información) con una de alta frecuencia (portadora=carrier) obteniendo una señal modulada en la frecuencia de la portadora posibilitando su optima transmisión a través del espacio. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de los canales de comunicación tanto guiados como no guiados haciendo posible transmitir más información en forma simultánea, además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de amplitud de la señal modulante, que es la información que queremos transmitir.

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA (por que es necesario modular) 1) Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original o moduladora (frecuencia base, no será posible reconocer la información inteligente contenida en dicha señal, debido a la interferencia entre las señales transmitidas por diferentes usuarios. 2) A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisión, de acuerdo al medio que se emplee. 3) Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya que permite la multiplexación por frecuencias. 4) En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen medidas más razonables en altas frecuencias. En resumen, la modulación permite aprovechar mejor el canal de comunicación ya que posibilita transmitir más información en forma simultánea por un mismo canal y/o proteger la información de posibles interferencias y ruidos.

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA (bloques moduladores)

QAM 2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA (tipos de modulación) Lineal AM De onda continua Angular PM Analógica FM PAM PWM De pulsos PPM Modulación PCM ASK FSK Digital PSK, BPSK, QPSK Mario-PSK QAM

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA Modulación AM-analógica En AM, se hace variar la amplitud de la señal portadora en relación a las variaciones de amplitud de señal modulante

2.1 TECNICAS DE MODUACION ANALOGICA (Modulación AM-matlab) Sea : em(t)=Emsin(wmt) la señal modulante ec(t)=Ecsin(wct) la señal portadora entonces e(t)=[ Ec+ Emsin(wmt)]sin(wct). =Ec [1+msin(wmt)]sin(wct), esta Es la señalmodulada. Donde m=Em/Ec Es el indice de modulación >>% AM DSB >> fc=400; >> fm=25; >> m=0.5; >> t=0:0.001:1; >> c=sin(2*pi*fc*t); >> M=sin(2*pi*fm*t); >> y=(1+m*M).*c; >> subplot (2,1,1); plot (t,y); >> ylabel ('amplitude'); >> xlabel ('time index'); Graficar cada señal

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA Modulación AM-simulink Modular diversas señales

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA Modulación FM (analógica) En FM, se hace variar la FRECUENCIA de la señal portadora en relación a las variaciones de amplitud de la señal modulante

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA Modulación FM-matlab Sea : em(t)=Emsin(wmt) la señal modulante ec(t)=Ecsin(wct) la señal portadora entonces e(t)= Ec sin(wct+(m sin(wmt))), Es la señal modulada en FM. Donde m= es el índice de modulación >> %GENERACION DE FM >> fc= 400; >> fm=25; >> m=10; >> t=0:0.0001:0.1; >> c=sin(2*pi*fc*t); >> M=sin(2*pi*fm*t); >> subplot (3,1,1); plot (t,c); >> xlabel ('time index'); ylabel ('amplitude'); title ('carrier signal'); >> subplot (3,1,2); plot (t,M); >> xlabel ('time index'); ylabel ('amplitude'); title ('modulating signal'); >> y=sin(2*pi*fc*t+(m.*sin(2*pi*fm*t))); >> subplot (3,1,3); plot (t,y); >> xlabel ('time index'); ylabel ('amplitude'); title ('frequency modulated signal');

2.1 TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA (am, fm y pm) fs=10000; ts=1/fs; t=0:ts:0.1-ts; fc=250; x = cos(2*pi*25*t); yam = modulate(x,fc,fs,'amdsb-tc'); yfm = modulate(x,fc,fs,'fm'); ypm = modulate(x,fc,fs,'pm'); figure; subplot(4,2,2);plot(t,x);title('Mensaje'); subplot(4,2,4);plot(t,yam);ylabel('AM'); subplot(4,2,6);plot(t,yfm);ylabel('FM'); subplot(4,2,8);plot(t,ypm);ylabel('PM');

2.2 TIPOS DE MODULACION DIGITAL ASK: AMPLITUD SHIFT KEYING: Modulación por corrimiento de amplitud FSK: FREQUENCY SHIFT KEYING: Modulación por corrimiento de frecuencia PSK: PHASE SHIFT KEYING: Modulación por corrimiento de fase.

2.2 TECNICAS DE MODULACION DIGITAL (Generación de ASK,FSK, PSK) Analizar archivo .m

2.2 TECNICAS DE MODULACION DIGITAL Constelaciones CONSTELACION 2-PSK=BPSK CONSTELACION 4-PSK=QPSK

2.2 TECNICAS DE MODULACION DIGITAL (Constelaciones) CONSTELACION 8-PSK CONSTELACION QAM

2.2 TECNICAS DE MODULACION DIGITAL (Constelaciones)

2.3 CONVERSION ANALOGICO DIGITAL (Definición) Proceso de llevar una señal analógica al entorno digital FILTRAJEMUESTREOCUANTIZACION CODIFICACION VER VIDEO

2.2 CONVERSION ANALOGICO DGITAL (Técnicas de muestreo en matlab) Una señal analógica, si es de banda limitada debe muestrearse al menos al doble de su frecuencia máxima, esto es fs= 2fmax, Ts = 1/fs = 1/2fmax Una señal s(t), multiplicada por el peine de Dirac, da una señal muestreada s*(t). %primero se genera el peine de Dirac T = 1; t = -10:0.1:10; fun=sin(t); pdirac=0.0; for n=min(t): max(t) pdirac=pdirac+100*sinc(100*(t-T*n)); end subplot (3,1,1); plot (t,fun); subplot (3,1,2); plot (t,pdirac); %luego se generan las muestras mult=fun.*(pdirac); subplot (3,1,3); plot (t,mult);

2.4 CODIGOS DE LINEA (definición) Unipolar, usa un único valor de nivel, que generalmente representa el ‘1’ y el ‘0’ mantiene la señal a 0. Polar, usa dos niveles de amplitud. Hay varias codificaciones: NRZ, RZ, bifásica, pseudoternaria, manchester y manchester diferencial. Bipolar, usa 3 niveles: positivo, cero y negativo. Tipos: Bipolar con Inversión de marca alternada (AMI), Bipolar con sustitución de 8 ceros (B8ZS) y Bipolar 3 de alta densidad (HDB3).

2.4 CODIGOS DE LINEA (definición) In the figure above, binary source and base-band modulation constitute the transmitter that modifies the base-band signal for efficient transmission. Channel is a medium such as a wire, coaxial cable, a waveguide, an optical fiber, or a radio link – through which the transmitter output is sent. No medium is ever free of noise or distortion. Therefore white Gaussian noise is added to the transmitted signal, and the channel has different spectral properties or non-flat transfer functions that introduce phase and magnitude distortions..

2.4 CODIGOS DE LINEA La transmisión de datos en forma digital implica una cierta codificación. A la forma de transmisión donde no se usa una portadora se la conoce como transmisión en banda base. Los códigos de línea son usados para este tipo de transmisión. Existen varios tipos de códigos, entre ellos Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ (AMI), Manchester, B8ZS, HDB3 Algunas de las características deseables de los códigos de línea son: Auto sincronización: Capacidad de detección de errores: Densidad espectral de potencia: Ancho de banda:.

2.4 CODIGOS DE LINEA (Ejemplos) VER EL SIGUIENTE ENLACE

(codificación en MATLAB) 2.4 CODIGOS DE LINEA (codificación en MATLAB) Ver archivo .m

2.4 CODIGOS DE LINEA (B8ZS)

2.4 CODIGOS DE LINEA (HDB3)

2.4 CODIGOS DE LINEA (Resumen)

(horizontal-vertical) 2.5 TRANSMISION DIGITAL DE DATOS (detección de errores: paridad) Son mecanismos que sirven para guardar la integridad de los datos en una transmisión PARIDAD Simple (horizontal) Par 1 1101000 Impar 0 1101011 Cruzada (horizontal-vertical) PAR E IMPAR

2.5 TRANSMISION DIGITAL DE DATOS (detección de errores: paridad) n=7;% # of bits b=round(rand(1,n));% creates random binary code a=rem(sum(b),2)==1;% checking for parity b(n+1)=a % adds parity check bit to the codeword EJEMPLOS: Pp: ___1010101 ______1110010 ______1111101 ______ 000011 EJEMPLOS: Pi: ___1110101 ______ 1110110 ______1001001 ______ 0110011

2.5 TRANSMISION DIGITAL DE DATOS (detección de CRC) Intentando mejorar los códigos que sólo controlan la paridad de bit, aparecen los códigos cíclicos. Estos U utilizan la aritmética modular para detectar una mayor cantidad de errores, se usan operaciones en módulo 2 y las sumas y restas se realizan sin acarreo (convirtiéndose en operaciones de tipo Or-Exclusivo o XOR). Además, para facilitar los cálculos se trabaja, aunque sólo teóricamente, con polinomios.

2.5 TRANSMISION DIGITAL DE DATOS (CRC) Uno de los códigos para la detección de errores más comunes y más potentes son los de comprobación de redundancia cíclica (CRC), que son funcionan de la siguiente forma: se tiene, por ejemplo, un bloque de datos o un mensaje de k-bits, el transmisor genera una secuencia de n-bits, a la cual se le llama secuencia de comprobación de la trama (FCS, Frame Check Sequence), así que la trama resultante, con n + k bits, debe ser divisible por algún numero anteriormente predeterminado; posteriormente, cuando el receptor reciba la trama, la dividirá por el número, y si al hacer la división no se encuentran residuos, quiere decir que la trama no tiene errores, de lo contrario existen errores.

2.5 CODIGO HAMMING Publicado en 1950 por Richard Hamming. Se puede detectar error en un bit y corregirlo. Para errores en dos bits se utiliza Hamming extendido (pero no corrige). Se utiliza para reparar errores en la trasmisión de datos, donde puede haber perdidas. Agrega 1 bit adicional de comprobación por cada cuatro bits de datos del mensaje. Bits de paridad: Bits cuya posición es potencia de 2 (1,2,4,8,16,32,64,…) Bits de datos: Bits del resto de posiciones (3,5,6,7,9,10,11,12,13,14,15,17…)

2.5 CODIGO HAMMING (algoritmo) COMO TRABAJA HAMMING

P A M 2.5 MODULACION POR PULSOS Modulación por amplitud de pulsos (PAM). • Modulación por duración o anchura de pulsos (PWM o PDM). • Modulación por posición de pulsos (PPM). • Modulación por codificación de pulsos (PCM) P A M

2.5 MODULACION POR PULSOS (PWM) En la modulación de ancho de pulso PWM (Pulse Width Modulation), los pulsos de amplitud constante varían su duración (ancho del ciclo útil) proporcionalmente a los valores de f(t) (la información) en los instantes de muestreo.

2.5 MODULACION POR PULSOS (PPM) Consiste en desplazar los pulsos desde una posición de referencia hasta otra, en función del valor de la señal f(t).

2.5 MODULACION POR PULSOS (PCM)