UNIV EZSI DAD AUT ONOMA METROPOL I T ANA

UNIDAD IZTAPALAPA

J C I E N C I A S BASICAS E INGENIEBU

JrmrLo MATERIA I PROYECPO DE INGENIBRIA ELBCTRONICA I1

t LA RBLACION SERAL A RUIDO EN UN S I s m A

/Y DZ CONiUNICACION.

ASESOR : ING. FAUSTO CASCO SANCHEZ

& m o s : b e F v D R o r HERNANDEZ, LuIs ROBERTO

85221216

YAÑEZ RBNDOZA, DAVID

84 2 29334

LUGAR D5 DESBBROLLO NSTALACIONBS DE LABORATORIO

DEL DEPARTAMENTO DE EZECTRONICA

JULIO 1991 - UAMI

146268

TITULO : L A RELACION 3 m A L A RUIDO EN UN SISTEMA

DB COMUNICACION BASIC0

OBJETIVO t Observar los efectos producidos por eefialee

de ruido externos e internos en un enlace de

comunicación.

Diseño e impiementación de un sistema bási-

co de comunicacibn,asi como de un mddulo de

generación de ruido que pueda ser controla-

da la intensidad de l mismo.

INTROIXICCION

Cuando en un sistema de comunicaciones se requiere que

e l enlace de infonnacidn entre l o s dispositivos trans-

misores y l o s receptores sea entendible, se requiere - que l a razón entre e l nivel de l a seiial y e l m i d o ex-

istente interno y/o externo sea l a más pequeña posible.

63. ruidp es una eefial indeseada, l a cual es indepen - diente de l a seRal de interés. Estas señales de ruido

son de dos tipos : Señales a leatorias y sefiales no ale- atorias. El ruido que interviene en un sistema de comu-

nicación es una seaal de t ipo aleatorio.

&a razón Señal a Ruido define l a relación entre l a PO - tencia de una sesal en general con respecto a l ruido - existente en e l canal de comunicación empleado.

Si la razdn señal a ruido e s grande, el sistema de comunica- ción es bueno para la recuperación de las senales de infor - mación, mientras más alta 9ea ésta reinci6n mejor se Dodrá recuperar a las sefíales deseadae, El ruido que interviene en el espacio libre es conocido co- mo Ruido Blanco Gaussiano.

La razdn S/N de9ende de varios factores, uno de elles es el

tipo de modulacidn empleado en la comunicacidn de infonnaci-

bn, tal como la modulacidn en amplitud (A.M,) la cual se des- cribe a continuación;

Modulacidn en Amplitud

Ya que una señal en banda base no es apta para ser transmiti- da sobre un canal dado de comunicación, se hace uso de la mo- dulacidn de la misma para adecuarla al canal. Por lo tanto, en la modultacidn en amplitud se traslada el es-

pectro de frecuencia de la señal que se va a transmitir, al multiplicarlo p o r una señal sinusoidal cuya frecuencia corres- ponde a la traslación requerida. A la sefíal sinusoidal se la llama Portadora y a la seflal de banUa base se le llama Envolvente. La muitiplicacidn de las 2

sefiales equivale a variar la amplitud de la portadora en pro - porción de la envolvente,

Si la envolvente es f(t) y la portadora e s Cos wct entonces t

f(t) -P(d

f (t )Cos wct -(F(w-w~) + P(w+wc))/2

Por l o tanto, l a modulacidn en amplitud (A.M.) traslada e l es-

pectro de frecuencia en +- wc rad/seg. Consecuentemente l a se-

Aal de A.M. contiene más potencia y e8 más apta para ser trans-

m i t ida.

Demodulacidn de señales A.M.

Se pueden detectar l a s señales de A.M. con l a s técnicas de Be-

teccidn sincrona y deteccidn de envolvente.

En l a detección sincrona e l espectro de l a forma de onda modu - lada, se vuelve a trasladar convenientemente a l a posición ori-

ginal a l multiplicar l a señal modulada por l a misma señal por-

tadora en e l extremo receptor.

Puesto que e l resultado de l a multiplicación es f ( f )Coa wct

entonces ;

2

por lo tanto ; C I t -FLU>

- f ~ t > C a s a W C t c - - , k 1 FLU) + )4(i(w+aW~) + F L w - W c ) ) 1 Es evidente que a pa r t i r de l espectro obtenido, se puede recu-

perar l a seAa1 or iginal f(t) por medio de un f i l t r o de paso

b a j o , e l cual permitirá e l paso de F(w) y atenuad l a s compo - nentes centradas en +- 2wc.

La deteccidn sincrona es usada cuando la seHal de A.M. e8 de l

t ipo portadora suprimida, es decir l a señal de f(t) no contie-

ne un n ive l de potencia constante.

c

En l a detección por envolvente, e l sistema detector sigue a l a

envolvente f(t) Be la seflal modulada.

E1 detector de envolvente es esencialmente un circuito recti -

ficador con un capacitor atraves de las terminales de sBlida

como se muestra en la figura a. diodo

& e l c i c lo Fositivo de l a señal de entrsda, e l capacitor C

se carga a l voltaje pico de esta señal, Cuando l a sefial de en-

trada es menor que este va lor pico, hay un corte del diodo,

debido a que e l voltaje Bel capacitor es mayor que e l volta je

de l a señal de entrada. E l capacitor se descarga lentamente

atravds de l a resistencia R. Durante cada c ic lo positivo, e l

capacitor se carga al volta je pico de l a señal de entrada y

permanece con este vo l ta je hasta e l siguiente c ic lo positivo.

La constante de tiempo BC de l circuito de sal ida se ajusta

para que l a disminucidn exponeacial de l volta je de l capacitor

siga aproximadamente la envolvente durante e l periodo de des-

carga;el volta je atraves d e l capacitor ha adquirido un r i z o

indeseable de frecuencia w que se elimina con un filtro de

paso bajo,

Esta detección es usada, cuando l a señal de A.M. es de l t ipo

portadora de potencia, es decir , l a señal f (t ) contiene un

nivel de potencia A,

1

C

SISTEMA DE TRANSMISION - RECEPCION CON MANEJO DB RUIDO EN EL CANAL DE COMUNICACION,

Para conocer en l a práctica l a Importancia d e l ruido en l a

transmisión de información por ejemplo voz;, l a8 siguientes

l ineae describen e l funcionamiento de un pequefío sistema de

transmisidn - recepción de voz uti l izando Kodul:wi6n en Am - pl i tud (A.M.) v e r f igura 1,

El sistema esta constituido por 4 modulos t

1. Transmisor de voz en amplitud modulada.

2, Generador de ruido blanco gaussiano.

3. Sumador de señales, 4 0 Receptor de amplitud modulada.

La funcidn de l a parte de l a transmisión es l a de modular en

amplitud a una señal portadora de a l t a frecuencia por medio

de l a VOZ.

Esta seaal es sumada junto COP una señal de ruido blanco por

medio de un senc i l l o c i rcui to sumador.

La parte de generación de ruido es controlada en amplitud, a s í

ee p o d d escuchar e l comportamiento de l a señal modulada con

ruido a amplitudes di ferentes sobre el receptor.

Dicha transmisidn se l l evará a cabo sobre cable a 2 h i los , esto para f i nes did&cticos.

4

ff c/

1.- Descripcidn de l transmisor de voz.

1.1.- F i l t r o pasa bajos con pre-amplificador.

Este filtro tiene como función limitar en banda a l a señal de

voz, cuyo ancho de banda es de 4khe, e l filtro tiene una ga - nancia unitaria. A l a entrada de este f i l t r o 88 ha colocado

un pre-amplificador con ganancia de 5, esto es para reforzar

a la pequeKa corriente que proporciona e l transconductor de

entrada. 61 f i l t r o es del t i p o Butterworth de orden 4 con

amplificadores operacionales. Ver figura 2.

60 K

L 1

Figiura 2.

1.2.- Modulador en Amnlitud. ~- ~~~ ~

La s e f l ~ l de voz es l a encargada Be cambiar l a característica

de amplitud a una señal por tadora de frecuencia a 50khz. Lo

anterior se l l eva a cabo por medio de un dispositivo C I MC- 1496. De este c i rcu i to se obtiene una t í p i ca señal de A.M. V e r f i gura 3.

1.3.- Oscilador Local de Portadora.

Esta parte es l a encargada de proporcionar la sesal de porta-

dora senoidal a 50khe a l sistema modulador. Esto se l l e v a a

cabo p o r medio de una configuración de amplificador operacio-

nal y elementos pasivos de r e t r o - alimentación.

Además e l c i rcui to osci lador cuenta con ajuste de ganancia.

Ver f igura 4.

F i m 4.

1.4.- F i l t r o pasa banda.

Modulada l a señal de portadora p o r medio de l a voz es ta es

f i l t r ada para ser limitada en banda. El ancho de banda se - si túa a una frecuencia central a 50khz.

Ei. módulo de l f i l t r o pasa banda se rea l i za mediante 2 f i l t r o s

en cascada, un f i l t r o pasa bajos a 50khz y otro pasa a l t as

a l o s mismos 50khz. Los f i l t r o 8 son d e l t i p o Butterworth Be

orden 4. Ver figura 5.

I

2,- Generador de Ruido Blanco. El circuito que corresponde a la generación de ruido esta cons- tituido por una parte de amplificaci6n be alta ganancia para tomar ruido ambiental. Dicha amplificacidn e s nuevamente am?lificada para obtener ruido blanco gaussiano, este ruido es controlado en amplitud p o r medio de un amplificador bdsico con amplificador opera - cional. Ver figura 6.

3.- Sumador de señales. El, sencillo circuito de suma de seilales es el encargado de Sumar a las señales de amplitud modulada y a la señal de rui -

do para ser enviadas conjuntamente al canal de comunicacidn que como se mencionó e s un par de hilos (transmisión y tie - rra ). Ver figura 7.

s 4

c ..

8

r +e-

't

4.- Receptor de amplitud modulada.

E l módulo de recepcidn esta constituido por 3 etapas que a

continuación se describen t

4.1.- Detector de envolvente (seaal de VOZ).

Este c i r cu i to es e l encargado de r e c t i f i c a r y f i l t r a r a l a

seiial que se encuentra en e l canal de comunicación, es dec i r

recupera a l a seiral moduiante de l a portadora por medio de

rec t i f i cac ión de metlia onda y , carga y descarga de una red

RC. Ver f igura 8a.

4.2.- F i l t r o pasa bajos de recepcibn.

Debido a que l a señal de sal ida de l detector contiene distor-

siones de amplitud producidas en l a carga y descarga de l a

red RC, ésta debe ser f i l t r ada para despreciar a los armdnie

cos d s grandes que l o s correspondientes a l ancho de banda

de VOZ.

Este f i l t r o es d e l t i p o Butterworth de orden 4 con ganancia

unitaria. Ver figura 8b.

4.3.- Amplificador de Dotencia de audio.

Ya recuperada l a seflal de voz dsta es amplificada p o r medio

de un c i rcu i to de potencia de audio, 01 cual hace posible au

reproducción para ser escuchada.

El amplif icador consta de un senc i l lo CI TBA 820 que propor-

ciona una sal ida de audio de 2 watts, en el cual tambfen se

controla su intensidad. Ver f igura 9.

146268

?! 3 x O

b ri

CONCLUSIONES

r

I I

b los sistemas de comunicación es de mucha importancia co - nocer e l n i v e l de las señizles de ruido que se producen in te r - na 9 externamente, esto def in i rá que tan e f i c i en t e es un equi-

po de comunicacidn y correspondientemente e l canal de uso de

comunicacibn. En sistemas donde no se requiere mucha e f i c i enc i a l a razón

seña.1 a ruido en los equipos y canales de enlace es d e l o r - den de 40db, este es e l caso de l o s sistemas de transmisión

de VOZ,.

Cuando se requiere de transmisidn de datos, l a razón señal a

ruido debe ser lo:.mds a l t a posible, esto para tener una e f i - ciencia casi d e l 100 $

La razón señal a ruido es v i ta l en los enlances de comunica - cibn, tanto simplex, duplex y semi-duplex,asi mismo l a razón

def ine el costo de l os equipos ut i l i zados en los procesos de

enlace

Para u11 sistema de transmisión - recepción en A.M., se ha

implementado un c i rcu i to generador de ruido blanco, esto para observar paulatinamente los e fectos que e l ruido sumado a l a

señal, causa en l a recuperación de l a señei (en este caso e s

voz) .

Q1 e l sistema einborado ex is te un control de amplitud de ru i - do, esto permite conocer l o siguiente t

1.- S i l a amplitud d e l ru ido es nulo, l a recepción es bas - tante buena, el h i c o ruido existente será e l producido en

l o s d ispos i t ivos electrdnicos internamente,

2,- Aumentando a un n i v e l medio de amplitud a l a seiral de

ruido, se escucha l a reproducción de voz con bastmte per - turbación.

3.- Colocando una amplitud máxima de ru ido blanco, l a recu - peracidn de l a señal de voz no es uceptable, a l grado que no se entiende l a voz, 8 8 &te caso l a razón sesal a ruido en

e l canal es pequefia.

Como aclaración se hece constatar que e l sistema de comuni - cacidn empleado en este desarrol lo , es de t i p o básico y de

uso didáctico. i3n consecuencia puede, es te sistema ser mejo - rad0 para proposifoa de empleo particular.

COSTOS DEL SISThm

4 t1084 ------- 15 10,000

1 Mol496 -------- S 3,500

resistencia8 ---- $ 33000

capacitores ---0- $ 17,500

1 TB.4820 o------ s 2,000 2 bocinas --u-- $ 7,000 i 2n2222 ------- $ 500

2 diodos Zener -- Ir 350 bases -------- $ 10,000 tablillas ---o- $ 15,000

chasis $ 15, 000

costo t o t a l = $ 83,850 = 2 y medio salarios minimos

BI BLIOGRAFI A

- Taub and Shilling ~istemas de comunicación ' MaGww Hill

Sistemas de comunicacidn B.P. Lathi

l[rimUSa S.d. - Manual lpational Linear - Manual Motorola Linear - Manual del Ingeniero E lecdn ,co M c G r a w rill

i 4 6 2 6 8