SISTEMAS DE COMUNICACIÓN SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL FASE 3
GRUPO No. (25) ARLEY FERNANDO ZUÑIGA – 1083895741 1083895741 CRISTIAN FABIAN ARIAS – 1143829574 1143829574 DANIEL ALFREDO CASTILLO - 1.075.656.579 FABIÁN SÁNCHEZ CERÓN – 12265941 12265941 YOVANY BERMUDEZ -
TUTOR: NANCY AMPARO GUACA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA PITALITO HUILA 7/11/2017
INTRODUCCIÓN La Comunicación Digital en la Sociedad del Conocimiento representa hoy en día una relación simbiótica. El final de la década de los años 90, esto a su vez nos fue mostrando un mundo, que aparecía como retador, pero que en el fondo significaba el apostamiento de nuevas prácticas culturales y nuevos medios tecnológicos; En el siguiente trabajo se desarrollaran ejercicios propuestos en la guía de actividades fase 3, donde se estudiara varios conceptos muy importantes para la comunicación y procedimientos, relacionados con la comunicación y transmisión digital, reconociendo las limitaciones de la misma e identificando las perturbaciones y efectos del ruido en las modulaciones digitales. Se desarrollaron ejercicios teóricos planteados en la guía de actividades de Modulación Digital y Ruido en la Modulación Digital, aparte de esto pudimos comprobar la teoría en la práctica mediante los ejercicios en señal ASK, FSK y OOK.
Actividades a desarrollar Ejercicios teóricos: Modulación Digital Determine los siguientes tópicos teóricos:
Considerando un sistema de modulación digital, relacione tres tipos básicos más comunes de modulación digital.
Las formas básicas de modulación digital son: ASK (Modulación Digital en amplitud): Consiste en establecer una variación de la amplitud de la frecuencia portadora según los estados significativos de la señal de datos. Ejemplo:
La expresión general para la modulación en amplitud es
= √ 2 cos+∅ ∅
=1,2,…,
0≤≤
En donde representa la amplitud variante en el tiempo, la frecuencia constante de la portadora y la constante arbitraria de fase. En la siguiente figura se ha elegido M=1, de manera que la amplitud se alterna entre dos niveles de voltaje.
PSK (Modulación Digital en Fase): Consiste en asignar variaciones de fase de una portadora según los estados significativos de la señal de datos, cuando es “0” el desfase es 0º, cuando es “1” el desfase es 180º.
Ejemplo:
La modulación digital en fase fue desarrollada durante los primeros días del programa espacial; PSK es utilizada actualmente en sistemas de comunicación militares y comerciales. La expresión analítica general para PSK es
= √ 2 cos+∅ =1,2,…, 0≤≤ ∅ ∅= 21 =1,…, 0≤≤
En donde el término de fase,
, contiene M valores discretos, típicamente dados por
Para el ejemplo de PSK binario de la ilustración No. 3 (BPSK), M=2. El parámetro E es la energía del símbolo, T es la duración temporal del símbolo y . En la modulación BPSK, la señal de datos moduladora desplaza la forma de onda , en uno de 2 estados, ya sea 0 o (180º). La forma de onda de la ilustración 2 muestra una señal BPSK con cambios abruptos de fase en transiciones de símbolo; s el flujo de datos modulador consistiera de unos y ceros alternados, habría cambios abruptos en cada transición. Las formas de onda pueden ser representadas como vectores en una gráfica polar; la longitud del vector corresponde a la amplitud de la señal, y la dirección del vector, para el caso general M-ario, corresponde a la fase de la señal relativa a la otra señal M-1 del conjunto. Para el caso particular de BPSK, la representación gráfica muestra dos vectores opuestos 180º. Los conjuntos de señales pueden ser representados con tales vectores opuestos son conocidos con el nombre de conjuntos de señales antipodales.
FSK (Modulación Digital en Frecuencia): La expresión analítica general para la modulación digital FSK es
= √ 2 cos+∅
=1,2,…,
0≤≤
,
En donde el término de frecuencia, contiene M valores discretos, y el término de fase, es una constante arbitraria. La forma de onda FSK d la ilustración 5 muestra cambios en frecuencia abruptos en cada transición entre símbolos. En este ejemplo, M ha sido elegido igual a 3, correspondiendo al mismo número de tipos de forma de onda (3-ario); note que la elección de M=3 para FSK ha sido seleccionado para enfatizar la perpendicularidad mutua
∅,
entre ejes. En la práctica, M es usualmente una potencia de 2 (2,4,8,16,…). El conjunto de
señales está caracterizado por coordenadas cartesianas, de manera que los ejes mutuamente perpendiculares representan una senoidal con frecuencia diferente. Los conjuntos de señales que pueden ser caracterizados mediante vectores mutuamente perpendiculares son denominados como señales ortogonales.
Como futuro experto qué tipo de modulación es probable que se utilice para:
Bajas tasas de transmisión de datos Se utilizaría la ASK, ya que es la más antigua y fue utilizada para la transmisión de código MORSE. Tasas de datos moderadas Utilizaría la FSK, ya que es usada en aplicaciones comerciales, de las cuales las más notables son en los equipos de radio enlaces digitales y en los canales de control de la telefonía celular móvil analógica. Tasas de datos altas Utilizaría la PSK, ya que es una técnica muy eficiente y de gran inmunidad al ruido, por lo que es ampliamente utilizada en la mayoría de sistemas de comunicaciones tales como radio enlaces de banda ancha, telefonía celular, enlaces satelitales, etc.
Indique qué parámetros de señal se modifican con la modulación QAM, dé ejemplos y relacione sus ventajas.
MODULACIÓN EN AMPLITUD EN CUADRATURA “QAM”
Es una modulación digital avanzada que transporta datos cambiando la amplitud de dos ondas portadoras. Estas portadoras tienen igual frecuencia pero están desfasadas 90º entre sí. En QAM, es posible transferir más bits por posición, ya que hay múltiples puntos de transferencia. La señal obtenida sumando la amplitud y la fase de modulación de una señal portadora se utiliza para la transferencia de datos. Dado que QAM es generalmente cuadrados, algunos de ellos pueden ser: 16-QAM, 64-QAM, 128QAM y 256-QAM.
APLICACIONES QAM
Se utiliza para la transmisión de datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido. Diseño de modems superiores a 2400 bps (incluidos los usados en ADSL). Diseño de diversos sistemas de transmisión de televisión, microondas, satélites, etc. 16-QAM y 64-QAM también se utilizan actualmente en la televisión digital terrestre. 64-QAM y 256-QAM en el módem por cable digital. Es el mandato de las directivas de la modulación digital de televisión por cable.
MODULACIÓN POR AMPLITUD EN CUADRATURA 16 “16-QAM”
Permite contar con 16 estados diferentes, que estarán determinados por el número de símbolos en su diagrama de constelación. Debido a que , cada uno de estos símbolos se representa mediante 4 bits.
16=2
Ejemplo:
Ruido en la Modulación Digital Enumere limitaciones en la transmisión digital y tipos de ruidos que afecten la comunicación digital. LIMITACIONES EN LA TRANSMISIÓN DIGITAL Requiere más ancho de banda la transmisión digital que la análoga. Son más complejos los transmisores, regeneradores y receptores digitales porque implican otros circuitos. Ejemplo: ADC en el transmisor y DAC en el receptor. Se requiere sincronización precisa de relojes entre el transmisor y el receptor. Son incompatibles con facilidades analógicas existentes. Necesita una conversión analógica digital previa y una decodificación posterior en el momento de la recepción. Pérdida de calidad cada vez mayor en el muestreo respecto a la señal original. La señal digital requiere mayor ancho de banda que la señal analógica. La energía de la señal decae con la distancia en cualquier medio de transmisión. En medios guiados la reducción es logarítmica y puede en decibelios por unidad de longitud. En medios no guiados la función de atenuación es la más compleja y no depende solo de la distancia sino de condiciones atmosféricas. TIPOS DE RUIDOS QUE AFECTEN LA COMUNICACIÓN DIGITAL. Ruido es la señal no deseada que se inserta entre el emisor y el receptor. Es el factor limitante de mayor importancia para un sistema de comunicaciones. Las fuentes de ruido son: Componentes parásitas. Acoplamiento. Uso de líneas de retorno comunes. Variación de parámetros de dispositivos. Se clasifica en:
Ruido blanco o térmico. El ruido térmico se debe a la agitación térmica de los electrones. Está presente en todos los dispositivos electrónicos y medios de transmisión. Como su nombre indica, es función de la temperatura. El ruido térmico está uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias usado en los sistemas de comunicación y es por esto por lo que a veces se denomina ruido blanco. El ruido térmico no se puede eliminar y, por tanto, impone un límite superior en las prestaciones de los sistemas de comunicación. Es especialmente dañino en las comunicaciones satelitales ya que, en estos sistemas, la señal recibida por las estaciones terrestres es muy débil. En cualquier dispositivo o conductor, la cantidad de ruido térmico presente en un ancho de banda de 1 Hz es :
=( )
En donde:
N0= densidad de potencia del ruido, en vatios por 1 Hz de ancho de banda. K = constante de Boltzmann = 1,38 x 10-23 (J/K) T = temperatura absoluta, en grados Kelvin. Ejemplo: A temperatura ambiente, es decir a T = 17 °C (290 K), la densidad de potencia de ruido térmico será entonces:
Donde
=1.38∗10−∗290=4∗10− ( )=204 /
dBW
corresponde
a
decibeles-watts.
Ruido de intermodulación. Este tipo de ruido se presenta por la intermodulación de dos tipos de líneas independientes, que pueden caer en un tipo de banda de frecuencias que difiere de ambas entradas, así mismo puede caer dentro de una banda de en una tercera señal, usualmente aparece cuando el sistema de transmisión es no lineal, lo que provocará la aparición de nuevas frecuencias. Las nuevas frecuencias se suman o restan con las originales dando lugar a componentes de frecuencias que antes no existían y que distorsionan la verdadera señal. Diafonía. Es ocasionada por las interferencias que producen otros pares de hilos telefónicos próximos (conocida como cruce de líneas o crosstalk). Es un fenómeno mediante el cual una señal que transita se induce en otro que discurre paralelo, perturbándolo. Ruido impulsivo. Se manifiesta en el canal PLC a través de perturbaciones intermitentes causadas por la conmutación de cargas en la red eléctrica; la amplitud de los picos puede llegar a superar al ruido de fondo en niveles hasta de 50dB, y su ocurrencia es de eventos aislados y aleatorios. El diseño inadecuado de sistemas de suministro de potencia conmutada induce ruido impulsivo en la línea con alto contenido armónico que puede causar errores de ráfaga en redes PLC.
EJERCICIOS PRÁCTICOS Ejercicio 1 Representa la siguiente secuencia de bits 10110110 en señal ASK, FSK y OOK
SEÑAL ASK .
1
1
1
1
1
1v
0
0
0
0v
SEÑAL FSK .
1v 1
1
1
1
1
0v -1v
0
0
0
SEÑAL OOK.
1
1
1
1
1
1v
0
0
0
0v
Ejercicio 2 ¿Qué ancho de banda se requeriría para transmitir una señal DS-1 (1.544 Mb/s) usando un código de cuatro niveles, teniendo en cuenta:
Suponiendo un canal sin ruido?
CANAL SIN RUIDO-TASA DE BITS DE NYQUIST Nyquist define la máxima capacidad de transmisión teórica para un canal sin ruido. En donde,
=2
= ó , . =ℎ , . =ú . = 2 = 15442/ → =386 4 ó . Reemplazando:
Con una relación señal a ruido de 20 dB?
CANAL CON RUIDO-CAPACIDAD DE SHANNON E 1944, SHANNON desarrolló la fórmula denominada Capacidad de Shannon, para determinar la máxima tasa de bits teórica de un canal.
= (1+ ) = ó , . =ℎ , . =ó ñ ó . = 1+ / 1544 / = 1544 → 1+100 101 =232 ó ó . En donde,
Ejercicio 3 Una señal de FM tiene una desviación de 15 kHz y una frecuencia moduladora de 3 kHz. Calcule el índice de modulación.
= ∆
En donde,
∆=ó = Reemplazando:
El índice de modulación es
5
= 15ℎ 3ℎ =5
CONCLUSIONES
Mediante el presente trabajo colaborativo pudimos determinar, analizar y comprender cuales son los diversos tipos de Sistemas de Comunicación Digital.
Estudiamos Modulación Digital y Ruido en la Modulación Digital
Aprendimos cada uno de los conceptos utilizados en la comunicación digital
Mediante los ejercicios prácticos pudimos llevar a cabo un desarrollo dinámico de aspectos que un ingeniero debe tener en cuenta al momento de realizar un análisis de Sistemas de Comunicación Digital.
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