curso sistemas control comunicaciones 2011 parte3

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GPSGlobal Positioning System)

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Sistemas de Comunicaciones - Medios

Subsistema de Comunicaciones Subsistema de Comunicaciones 

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• Frecuencia de operaciónRango de frecuencia en el cual operan los equipos de comunicaciones

• KHz (PLC)

• MHz (VHF)

• GHz (Microondas – F.O.)

• Ancho de Banda (B)Rango de frecuencias, medido en Hertz, en el cual se concentra la mayor parte de la potencia de

la señal 

• 4 kHz (APLC)

• 8kHz/16 kHz/32 kHz (DPLC)• 2 MHz (Microondas-F.O.)•10 MHz (Microondas-F.O.)

•100 MHz (Microondas-F.O.)

•1 GHz (F.O.)• 10 GHz (F.O.)

• Ancho de Banda (Digital) Cantidad de bits que se pueden transmitir en una unidad de tiempo 

64 Kbps, implica que puede enviar 64.000 bits por seg.

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TopologíasConfiguración o forma de conexión (conectividad física )

Bus 

Estrella 

Punto a Punto 

Equipo A

(Dispositivo)

Equipo B 

(Dispositivo)

Enlace de Comunicación 

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Topologías (continuación)

Arbol

Anillo

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ModulaciModulacióónn

Se denomina modulación al proceso de colocar la informacióncontenida en una señal, generalmente de baja frecuencia, sobreuna señal de alta frecuencia

Debido a este proceso la señal de alta frecuencia denominadaportadora, sufrirá la modificación de alguno de sus parámetros

A la señal resultante de este proceso se la denomina señal

modulada y la misma es la señal que se transmite.

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Modulaci Modulaci ó ó n Digital n Digital 

• Modulación de una portadora analógica por una señal digital (Shift

Keying) 

•• Amplitud Shift Keying (ASK) - Modulación por desplazamiento de amplitud

• Frecuency Shift Keying (FSK) - Modulación por desplazamiento de frecuencia• Phase Shift Keying (PSK) - Modulación por desplazamiento de fase

• Modulación de una portadora constituida por una secuenciaperiódica de pulsos (tren de pulsos) por una señal analógica 

•Pulse Amplitud Modulation (PAM)• Pulse Density Modulation (PDM)

• Pulse Width Modulation (PWM)• Pulse Position Modulation (PPM)

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Modulación digital – FSK

FSK - Frequency Shift Keying(Desplazamiento de Frecuencia)

• Se modulafrecuencia

• Baja eficiencia de

ancho de banda

Mark"0"

Space"1"

fmarkfspace

frequency time

time

0 1 0 1 1 10 0

T 

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Frequency Shift Keying (FSK) Frequency Shift Keying (FSK) 

Portadora

Señal Moduladora

Señal Modulada

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PortadoraPortadoraParParáámetrosmetros

variablesvariables ANALOGICAANALOGICA DIGITALDIGITAL

SeSeññal Moduladoraal Moduladora

ANALOGICAANALOGICA

DIGITALDIGITAL

AmplitudAmplitud

FrecuenciaFrecuencia

FaseFase

AmplitudAmplitud

PosiciPosicióónn

DuraciDuracióónn

AMAM

FMFM

PMPM

PAMPAM

PPMPPM

PDMPDM

ASKASK

FSKFSK

PSKPSK

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Pulse Amplitud Modulation

Pulse Density Modulation(Pulse Width Modulation)

Pulse Position Modulation

Modulación de una portadora constituida por una secuencia periódica de pulsos (tren de pulsos) por una señal analógica 

Portadora

Señal Moduladora

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Modulación DigitalTécnicas

ASKSolamente se varía la amplitud para representar un 1 ó un 0 binario.

FSKSolamente se varía la frecuencia para representar un 1 ó un 0 binario.

PSKSolamente se varía la fase para representar un 1 ó un 0 binario

QAMSe varía la amplitud y la fase para representar una señal

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Modulación Digital

Amplitud Shift Keying

ASK    FSK    PSK 

QAM

Frequency Shift Keying Phase Shift Keying

Quadrature Amplitud Modulation

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Modulación digital

3 Ejemplos:

• FSK (Frequency Shift Keying)

 – Baja eficiencia de ancho de banda

• QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

 – Eficiencia de ancho de banda más elevada

 – Muy utilizada en Radioenlaces Digitales, DPLC

• MCM (Multi-Carrier Modulation)

 – La más alta eficiencia de ancho de banda

 – Robusto contra alteraciones en el canal

 – Utilizada en DPLC

 C  om pl   e

 j  i   d  a d 

E f  i   ci   en ci   a

 d  eA B 

+

 _ 

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Constelaci Constelaci ó ó nn ó ó Diagrama de Constelaci Diagrama de Constelaci ó ó n n 

• Es una representación geométrica de señales en un espacio de ndimensiones, en donde se visualizan todos los símbolos de salida

posibles que puede generar un modulador

• Muestra la señal como un diagrama en dos dimensiones

• Representa los posibles símbolos que pueden ser seleccionados porun dado esquema de modulación como puntos en el plano complejo

• Los puntos representan vectores en el plano I/Q

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Modulaci Modulaci ó ó n Digital n Digital 

Plano I/Q (Constelación I-Q) 

Constelaci Constelaci ó ó n: una serie de puntos discretos en el plano I/Q n: una serie de puntos discretos en el plano I/Q 

Representación rectangular del diagrama polar

I

Q

Valor de Q

Valor de I

I: en faseQ: en cuadratura

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Constelación o Diagrama de Estado de Fase

01

Bit Fase

00

01

0°

90°

10

11

180°

270°

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Constelación o Diagrama de Estado de Fase

Bit Fase

00

01

0°

90°

10

11

180°

270°

00

01

10

11

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Bit Fase

000 0°

90°010

180°100

001 45°

011 135°

101 225°

270°110111 315°

100 000

001

010

011

101

110

111

Modulación

Constelación - Diagrama de Estado de Fase

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Modulación(continuación)

101

000

001

010

011

100

110

111

8 – QAM2 amplitudes, 4 fases

4 – QAM1 amplitud, 4 fases

11

0001

10

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Modulación QAM (Quadrature Amplitud Modulation)

00 Acos w0t + Asenw0t

01 Acos w0t - Asenw0t

10 -Acos w0t + Asenw0t

11 -Acos w0t - Asenw0t11

0001

10

4 – QAM1 amplitud, 4 fases

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Modulación digital - QAM

QAM - Quadrature Amplitude Modulation(Modulación en Amplitud por Cuadratura)

time

0 1 0 1 1 10 0

T 

• Se modulaamplitud y fase

• Los bloques debits se transmiten

como unasenoide con unacierta amplitud yfase

 s t A t t t ( ) ( )* ( ( ))= +sin   ϕ 

Signal space Time space

T  2T 

T = signaling interval = 1 baud 

I

Q

time

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Modulación digital – MCM (OFDM)

MCM - Multi Carrier Modulation(Modulación por Multiportadoras)

• Se modulanmuchasportadoras-QAM

• Los bloques de

datos se mapeansobre lasportadoras- QAMindividuales

SNR

f

time

Cada portadora QAM es modulada

time

0 1 0 1 1 10 0 0 1 0 1 1 10 0

Bloques de información son mapeados en diferentes portadoras QAM

100 108

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Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)

Esquema de modulación digital que utiliza un gran número de sub-portadoras ortogonales muy poco separadas entre sí 

Cada sub-portadora es modulada con un esquema de modulaciónconvencional, tal como QAM a una velocidad de símbolo baja

En la práctica las señales OFDM se generan utilizando un algoritmode Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform)

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Proyección de una señal en fase y una señal en cuadratura en la constelación I-Q

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En una representación I-Q, cada señal que se mapea en una constelación tendráasociada una posición precisa, un punto de coordenadas (I,Q)

Es con base en esta posición que los equipos receptores pueden determinar quéseñal se transmitió. Para ello, cada señal mapeada en la constelación tieneasociada una "región de decisión“

Sin embargo, conforme una señal se propaga a través del canal de comunicación,ésta se verá afectada por ruido, provocando una modificación en la posición de

los símbolos mapeados en la constelación

Cuando uno de estos símbolos se ubica más allá de la "región de decisión" que lecorresponde, éste se confundirá con alguno de los símbolos adyacentes y, enconsecuencia, provocará un error de bits

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Secuencia Binaria 0010110

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Ejemplos de Constelaciones QAM

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ModulaciModulacióónn ConstelaciConstelacióónn BW CanalBW Canal EficienciaEficiencia

44--QAMQAM

1616--QAMQAM

6464--QAMQAM

Rb/2 Hz

RRbb/4 Hz/4 Hz

RRbb/8 Hz/8 Hz

2 Bit/s/Hz2 Bit/s/Hz

4 Bit/s/Hz4 Bit/s/Hz

8 Bit/s/Hz8 Bit/s/Hz

Referencias: 

BW: Ancho de BandaRb: Bit Rate

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Probabilidad de error en los bits, relacionada con la distancia entrepuntos cercanos (Interferencia ínter símbolos)

Errores

RegiRegióón de decisin de decisióónn

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1616--QAMQAM

16-QAM permite contar con 16 estados diferentes, que estarándeterminados por el número de símbolos mapeados en su constelacióncorrespondiente

Debido a que 16 = 24, cada uno de estos símbolos puede representarse

mediante cuatro bits, dos de ellos correspondientes a la componente "encuadratura" (portadora desfasada), y los dos restantes, correspondientes ala componente "en fase" (portadora con fase cero) de la señal

Dado que existen dos componentes, cada una representada por dos bits en

16-QAM, es posible transmitir 4 posibles niveles de amplitud para cadacomponente, lo que supone que, por el efecto de la cuadratura, puedentransmitirse 16

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DPLCDPLC

Capacidad de transmisión de datos: 64 Kbps a 256 Kbps

Ancho de Banda: 16 kHz a 32 kHz

Modulación: QAM (Codificación Trellis); MCM (OFDM)

Interfaces: RS 232; V.35; G703

Multiplexor