UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRESFACULTAD DE TECNOLOGIA

ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

Ismael Gregorio Silva Mamani

Grupo 719.08.2014

TRAFICO TELEFONICO PRE-INFORME #1:Modulación Digital.

LA PAZ – BOLIVIA

1. ANTECEDENTES

Transmisión de señales digitales y medidas del funcionamiento del sistema con la verificación del diagrama de constelación.

2. OBJETIVO

Conocer los procesos desarrollados por un modulador digital

3. MARCO TEÓRICO:

Técnicas de Modulación

(Datos digitales Señales Analógicas)

Datos Digitales Señales Analógicas

La red telefónica comercial fue diseñada para recibir, conmutar y transmitir señales analógicas en el rango de frecuencias de voz (300 a 3400Hz). Anteriormente no era posible recibir señales digitales del extremo emisor y transmitirlas directamente, de tal forma que surgió la necesidad de agregar dispositivos digitales que convirtieran los datos digitales a señales analogías antes de transmitirlas. El dispositivo que realiza la conversión de datos digitales a señales analógicas es el modem, (el cual consta de dos dispositivos principalmente: modulador que convierte datos digitales a señales analógicas en el extremo transmisor y el demodulador  el cual convierte de señales analogías a señales digitales en el extremo receptor. En la figura 1, se muestra un esquema general transmisión de señales analógicas (modulación y Demodulación de señales analógicas con datos digitales).

Existen tres técnicas de modulación (llamada también Modulación Digital) para transformar datos digitales en señales analógicas:

1. Modulación por Desplazamiento de Amplitud (Amplitude Shift Keying – ASK) 

2. Modulación por Desplazamiento de Frecuencia (Frecuency Shift Keying – FSK )

3. Modulación por Desplazamiento de Fase (Phase Shift Keying – PSK )

Las tres técnicas tienen sus ventajas y desventajas dependiendo de los requerimientos de las aplicaciones y/o restricciones de las tecnologías de comunicaciones existentes. En esta sección se presenta cada una de ellas y al final se muestra un esquema comparativo de cada una de las técnicas

Figura 1. Esquema general de Modulación y Demodulación de datos digitales con señales Analógicas.

Modulación por desplazamiento de Amplitud (Amplitude Shift Keying– ASK)

En esta técnica los dos valores binarios de los datos de entrada, son representados por dos diferentes amplitudes de la frecuencia portadora. La técnica ASK se emplea para trasmitir sobre fibra óptica con tecnología LED (light emitting diode). Para un valor de ‘0’, la señal portadora tiene una amplitud de cero, para un valor de ‘1’, la portadora presenta una amplitud máxima constante:

En la figura 3. Se muestran los ‘Desplazamientos’ en amplitud de la frecuencia portadora de la señal modulada, de acuerdo a los valores de los datos digitales de entrada.

Modulación por desplazamiento de Frecuencia (Frecuency Shift Keying –  FSK)

La forma más común de este técnica se denomina Modulación por desplazamiento de frecuencia Binaria (Binary Frecuency Shift Keying – BFSK, en la cual dos valores binarios ( 1 y 0) son representados por dos diferentes frecuencias ( f1 y f2 las cuales tiene desplazamientos

cercanos a lafrecuencia potadora cuyos valores son de la siguiente forma:

0 = f 2 (frecuencia cercana a la portadora)

1 = f  1 (en donde f  1= 2f  2).

La técnica BFSK, es usada para velocidades de 1200 bps; también para transmisiones de alta frecuencia (3 a 30 MHz) y para aplicaciones en redes area local con cable coaxial.

En la figura 4, se observa un esquema general de modulación y demodulación de BSFK.

En la figura 5, se muestran los desplazamientos de frecuencia (BFSK) de acuerdo a los datos digitales de entrada.

4. MARCO PRÁCTICO

Modulación FSK en la tecnología CDMA

Vale la pena notar que mientras los esquemas de acceso múltiple FDMA y TDMA tienen una capacidad limitada por el ancho de banda disponible y el ancho de banda de cada uno de los canales múltiples deseados, en el caso del CDMA no existe este limitante. En ésta, como se verá más adelante, se pueden adicionar nuevos usuarios teniendo presente que el precio que se paga es la pérdida de calidad en la comunicación.

Al final, se da una pequeña reseña de lo que es la modulación de frecuencia FSK.

Podemos decir que es muy parecida o tiene mucho que ver con FM

Las primeras redes celulares del mundo fueron introducidas en los años 80 tempranos, usando tecnologías de radio análogas de la transmisión tales como amperios (Sistema de Teléfono Móvil Avanzado).

Luego de algunos años, los sistemas celulares comenzaron a golpear un techo de la capacidad mientras que millones de nuevos suscriptores firmaron para arriba para el servicio, exigiendo más y más airtime.

Las llamadas y las señales de comunicaciones caídas de la red, llegaron a ser comunes en muchas áreas.

Para acomodar más tráfico dentro de una cantidad limitada de espectro de radio, la industria desarrolló un nuevo sistema de tecnologías sin

hilos digitales llamadas TDMA (Acceso Múltiple de la División del Tiempo) y G/M (Sistema Global para el Móvil). TDMA y el G/M utilizaron un protocolo en tiempo repartido para proporcionar tres a cuatro veces más capacidad que sistemas análogos.

Pero apenas mientras que TDMA era estandarizado, una solución incluso mejor fue encontrada en CDMA.

La gran atracción de tecnología de CDMA desde el principio ha sido la promesa de aumento extraordinario de la capacidad de albergar usuarios, es decir, el acceso múltiple a las tecnologías inalámbricas.

Los modelos simples sugieren que la mejora de capacidad puede estar más de 20 veces del narrowband existente en las normas celulares.

La realidad, claro, es mucho más complicado que los modelos idealizados.

Los fundadores de QUALCOMM postularon que la tecnología de CDMA se podría utilizar en comunicaciones celulares comerciales para hacer, incluso, un uso mejor del espectro de radio que otras tecnologías. Desarrollaron los avances dominantes que hicieron CDMA conveniente para celular, entonces demostraron un prototipo de trabajo y comenzaron a licenciar la tecnología a los fabricantes de equipo de la telecomunicación.

Las primeras redes de CDMA fueron lanzadas comercialmente en 1995, y con 10 veces más capacidad que las redes análogas - lejos más que TDMA o el G/M. Desde entonces, CDMA se ha convertido en la “mimada” de todas las tecnologías sin hilos, con sobre 100 millones de suscriptores por todo el mundo. Además de apoyar más tráfico, CDM Atrae muchas otras ventajas a los portadores y los consumidores, incluyendo una calidad mejor de la voz, una cobertura más amplia y una seguridad más fuerte.

5. APLICACION EN MATLAB

Aplicaciones en ASK:

Transmisiones con fibra óptica, ya que es muy fácil "encender" y "apagar" el haz de luz; además la fibra soporta las desventajas de los métodos de modulación de amplitud ya que posee poca atenuación.

Aplicaciones en modulación QAM:

Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como:

Modems telefónicos para velocidades superiores a los 2400bps.

Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido).

Modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal.

Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.

Código MATLAB ASK:

function MASK(g,f)%funcion ASK([secuencia de entrada],frecuencia)

% MODULACION

%EJEMPLO PARA INGRESAR DATOS

%ASK([110000111],2);

if nargin > 2;

error('muy extenso');

elseif nargin==1;

f=1;

end

if f<1;

error('frecuencia tiene que ser mayor que 1');

end

t=0:2*pi/99:2*pi;%tiempo

cp=[]; sp=[];

mod=[]; mod1=[]; bit=[];

for n=1:length(g);%recorrer la secuencia de entrada para generar modulacion

if g(n)==0;

die=ones(1,100);

se=zeros(1,100);

else g(n)==1;

die=2*ones(1,100);%amplitud 1 para un uno de la secuencia de entrada

se=ones(1,100);%amplitud 2 para un cero de la secuencia de entrada

end

c=sin(f*t);% generar señal modulada en ASK

cp=[cp die];

mod=[mod c];

bit=[bit se];

end

ask=cp.*mod;%producto punto de vectores en cp donde esta los ceros y unos y la modulacion

subplot(211);plot(bit, 'LineWidth', 1.5);grid on;%graficar secuencia de entrada

title('Señal binaria');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

subplot(212);plot(ask, 'LineWidth', 1.5);grid on;%graficar señal modulada en ASK

title('Modulacion ASK');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

%subplot(313)

figure

modmap('ask',f);

grid

figure

demodulate('ber')

Simulación:

Código FSK:

function MFSK(g,f0,f1)%funcion ASK([secuencia de entrada],frecuencia1,frecuencia2)

% MODULACION

%EJEMPLO PARA INGRESAR DATOS

%PSK([110000111],2);

if nargin > 3;

error('muy extenso');

elseif nargin==1;

f0=1;

f1=2;

elseif nargin==2;

f1=2;

end

val0 = ceil(f0)-(f0);

val1 = ceil(f1)-(f1);

if val0 ~=0 || val1 ~=0;

error('Frecuencia debe ser entero');

end

if f0<1 || f1 <1;

error('frecuencia tiene que ser mayor que 1');

end

t=0:2*pi/99:2*pi;%tiempo de la señal modulada

cp=[]; sp=[];

mod=[]; mod1=[]; bit=[];

for n=1:length(g);%recorrer el vector de la secuencia de entrada

if g(n)==0;

die=ones(1,100);

c=sin(f0*t);%señal con frecuencia1

se=zeros(1,100);

else g(n)==1;

die=ones(1,100);

c=sin(f1*t);%señal con frecuencia2

se=ones(1,100);

end

cp=[cp die];

mod=[mod c];

bit=[bit se];

end

fsk=cp.*mod;

subplot(2,1,1);plot(bit, 'LineWidth', 1.5);grid on;%grafica secuencia de entrada

title('Señal binaria');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

subplot(2,1,2);plot(fsk, 'LineWidth', 1.5);grid on;%grafica señal modulacion FSK

title('Modulacion FSK');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

figure

modmap('fsk',f0,f1);

grid

Simulación:

Código PSK:

function MPSK(g,f)%funcion PSK con parametros([secuencia de bits],frecuencia para modular)

% MODULACION

if nargin > 2;

error('muy extenso');

elseif nargin==1;

f=1;

end

if f<1;

error('frecuencia tiene que ser mayor que 1');

end

t=0:2*pi/99:2*pi;% tiempo de la modulacion

cp=[]; sp=[];

mod=[]; mod1=[]; bit=[];

for n=1:length(g);%recorre la secuencia de entrada

if g(n)==0;

die=(-ones(1,100));%cambio de fase

se=zeros(1,100);

else g(n)==1;

die=ones(1,100);%cambio de fase

se=zeros(1,100);

end

c=sin(f*t);%señal para modular

cp=[cp die];

mod=[mod c];

bit=[bit se];

end

bpsk=cp.*mod;%producto punto entre vectores

subplot(2,1,1);plot(cp, 'LineWidth', 1.5);grid on;%grafica de la secuencia de entrada

title('Señal binaria');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

subplot(2,1,2);plot(bpsk, 'LineWidth', 1.5);grid on;%grafica de la señal modulada PSK

title('Modulacion PSK');

axis([0 100*length(g) -2.5 2.5]);

figure

modmap('psk',f);

grid

Simulación:

CONCLUSIONES:

La modulación ASK y FSK se desarrolla para transportar información digital a través de medios que requieren de señales análogas, por ejemplo a través del espacio libre.

La modulación ASK tiene poca inmunidad al ruido, debido a que la información es transportada en la amplitud de la moduladora, el ruido puede alterar dicha información haciendo que en el receptor no sea posible reconstruir la información original.

Se podría esperar que existiera una combinación de las dos modulaciones, ASK y FSK, logrando de esta forma no solo representar dos estados digitales sino cuatro, ocho o más estados.

Existe una tercera modulación digital, la PSK o modulación de fase, que como su nombre lo indica transporta la información digital en la fase de la señal portadora.