VIII “A”
Prácticas
MATERIA:
de
analógicas TEMA:
Modulación PAM
Integrantes:
Morocho Darwin
Poma Vicente
Ramírez Marcelo
Torres Alexis
FECHA:
20/06/2013 LOJA-ECUADOR 2013
comunicaciones
1. ANTECEDENTES
La modulación engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que permitirá transmitir más información simultánea o proteger la información de posibles interferencias y ruidos. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.
En modulación PAM lo que se varía es alguno de los parámetros de un tren de pulsos uniformes, bien sea su amplitud, duración o posición. En este tipo de modulación se distinguen dos clases: modulación analógica de pulsos, en que la información se transmite básicamente en forma analógica, pero la transmisión tiene lugar a intervalos discretos de tiempo y modulación digital de pulsos en que la señal de información es discreta, tanto en amplitud como en tiempo, permitiendo la transmisión digital como una secuencia de pulsos codificados, todos de la misma amplitud.
El primer paso en la codificación analógica - digital se llama PAM. Esta técnica recoge información análoga, la muestra y genera una serie de pulsos basados en los resultados de la prueba En PAM, la señal original se muestra a intervalos iguales PAM usa una técnica llamada probada y tomada. En un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. PAM sea ineficaz en comunicaciones es porque aunque traduzca la forma actual de la onda a una serie de pulsos, siguen teniendo amplitud todavía señal analógica y no digital.
Para hacerlos digitales, se deben de modificar usando modulación de código de pulso (PCM) Modulación PCM PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente digital. Para hacerlo, PCM, en primer lugar, cuantifica los pulsos de PAM. La cuantificación es un método de asignación de los valores íntegros a un rango los dígitos binarios son transformados en un señal digital usando una de las técnicas de codage digital-digital.
2. DATOS DE LA PRÁCTICA
TEMA:
MODULACION PAM
OBJETIVOS Objetivo general: El objetivo de esta práctica es, investigar la teoría necesaria, para construir señales moduladas por amplitud de pulso; repasar y consolidar las nociones obtenidas en clase y además utilizar algunas de las funciones que Matlab ofrece para el análisis y simulación de señales PAM que se presentan en los sistemas de comunicaciones.
Objetivos Específicos:
Analizar el concepto de modulación de pulso.
Encontrar Modelos de circuitos que generen PAM.
Obtener señales PAM de una Onda Continua.
Desarrollar un software en Matlab para la
Investigar las terminologías de señales determinísticas y aleatorias, que son los tipos de señales que se van a procesar.
Analizar las gráficas obtenidas y
generación de señales PAM.
dar interpretación de los resultados.
Respaldar lo aprendido en clases, sobre modulación de amplitud de pulso, con el desarrollo realizado en este documento.
3. MARCO TEORICO Modulación de amplitud de pulso (PAM) Es una de las modulaciones digitales. Esta técnica recoge información analógica, (la muestra ó la prueba), y genera una serie de pulsos basados en los resultados de la prueba. El término prueba se refiere a la medida de la amplitud de la señal a intervalos iguales. El método de prueba usado en PAM es más eficaz en otras áreas de ingeniería que en la comunicación de datos (informática). Aunque PAM está en la base de un importante método de codificación analógica - digital llamado modulación de código de pulso (PCM). En PAM, la señal original se muestrea a intervalos iguales, PAM usa una técnica llamada probada y tomada. En un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. El valor mostrado sucede solamente de modo instantáneo a la forma actual de la onda, pero es generalizada por un periodo todavía corto pero medible en el resultado de PAM. La modulación por amplitud de pulso modifica una señal de banda base, al tomar un conjunto de muestras de una señal que contiene la información tal como se ve en las fig.1 y fig.2, en la cual la señal que se muestra en color rojo representa la señal mensaje y el tren de pulsos es la señal generadora de las muestras PAM. 4
Fig. 1. Principio de la modulación por amplitud de pulsos (PAM); (1) Señal original, (2) Señal-PAM, (a) Amplitud de la señal, (b) Tiempo
Fig 2. Señal PAM resultante La idea básica de la modulación por pulsos se fundamenta en el concepto de que es posible recuperar completamente una señal analógica desde algunas muestras de ella. Esto sucede siempre y cuando la cantidad de muestras sea la suficiente para la cantidad de información que se desea recuperar. Estos conceptos se fundamentan en el “Teorema del Muestreo” de Nyquist que permite determinar la cantidad de muestras o velocidad de muestreo para cualquier señal que se pretenda recuperar. Transmitir muestras en lugar de señales analógicas completas nos lleva a una gran ventaja, la información está contenida en la amplitud del impulso sin que la duración del impulso tenga importancia. Del párrafo anterior se desprende que la relación señal / ruido tiende a mejorar debido a que, en términos estadísticos, el ruido afectara menos al tren de pulsos que a la señal completa. Otra de las ventajas importantes de la transmisión de Impulsos, es que entre pulso y pulso de una misma señal analógica existe tiempo ocioso del canal de transmisión; esto indica que por un mismo canal físico podrán enviarse varias señales diferentes.
Fig. 3. Recuperación de una señal de las muestras tomadas de la original
4. MATERIALES: Hardware: Computador
Software: Matlab
5. PROCEDIMIENTO Y GENERACION DE UNA SEÑAL PAM El objeto básico usado en MATLAB es una matriz numérica con la posibilidad de almacenar números complejos. Los datos encontrados en el estudio de señales y sistemas son siempre, muy bien representados en forma de matrices. En esta sección se usará MATLAB para la generación de señales elementales como lo son las señales exponenciales, sinodales, etc. En MATLAB una señal discreta en el tiempo se representa exactamente, porque los valores de la señal son representados como los elementos de un vector. Sin embargo las señales de tiempo continuo en MATLAB son tan solo aproximaciones. La aproximación consiste de un vector cuyos elementos son muestras de la verdadera señal de tiempo continuo. Cuando se usa esta técnica para la representación de señales continuas es importante escoger el intervalo de muestreo lo suficientemente pequeño para asegurar que las muestras capturan todos los detalles de la señal.
Código Fuente d el SCRIP PAM %================UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA================= %--------INGENIERIA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES-----% GRUPO 5 %INTEGRANTES: DARWIN MOROCHO % VICENTE POMA % MARCELO RAMIREZ % ALEXIS TORRES %DOCENTE:
ING. KEVER CARRION
%============MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSOS============== clear; close all; L_medio=500; fs=1000;
treq=2*L_medio/fs; f=((2*L_medio-1)/treq); n=0:.5/f:treq; %Señal de Entrada Am=10; wm=4*pi; fc=fs/2; ym=Am*cos(wm*n); %Nivel DC ymdc=ym+max(abs(ym)); %Tren de pulsos pulsos=(square(2*pi*30*n,25)+1)/2; %Resultados. figure subplot(2,2,1); h=plot(n,ym, 'r-'); title('Señal a Modular'); xlabel('Tiempo (segundos)' ); ylabel('m(t)'); grid on; subplot(2,2,2); i=plot(n,pulsos, 'b-'); title('Tren de Pulsos o Cuantificador' ); xlabel('Tiempo (segundos)' ); ylabel('g(t)'); grid on; subplot(2,2,3:4) ym1=10+Am*cos(wm*n); spam=ymdc.*pulsos; g=plot(n,spam, 'b-',n,ym1, 'g-' ); title('Señal Modulada Empleando Modulación PAM' ); xlabel('Tiempo (segundos)' ); ylabel('s(t)'); txt=strcat( 'fmuestreo= ',num2str(fs), ' Hz'); legend(txt); grid on; set(h,'LineWidth',2) set(i,'LineWidth',1.5) set(g,'LineWidth',1.5)
Señal a Modular
Tren de Pulsos o Cuantificador
10
1
5 ) t ( m
) t ( g
0
0.5
-5 -10
0
0 0.5 1 0 0.5 Tiempo (segundos) Tiempo (segundos) Señal Modulada Empleando Modulación PAM
1
20 fmuestreo=1000 Hz 15 ) t ( s
10 5 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4 0.5 0.6 Tiempo (segundos)
0.7
0.8
0.9
1
Figura de modulación PAM
Código Fuente del Program a Simu link Los resultados de la simulación de un sistema de transmisión PAM con una señal fuente de 1 KHz y frecuencia de muestreo 10 KHz se muestran a continuación.
Parámetros de Simulación: Señal de información: 1KHz y 5Vp
Frecuencia de muestreo 10KHz
Ancho de pulso 50% del periodo de muestreo Tiempo de simulación 25 ms
LPF butterworth orden 8 a 2 KHz
Señal PAM y Recuperada
Señal Información y PAM
Señal de Portadora
En ella se puede apreciar cada una de las respectivas señales que se deben obtener al implementar el circuito en un laboratorio, así como los respectivos parámetros de la señal transmitida, como lo son: frecuencia de la señal fuente, frecuencia de repetición del tren pulsado, ciclo de dureza del tren pulsado, número de muestras por periodo de señal información, amplitud de la señal fuente y de la señal recuperada, entre otros.
6. APLICACIONES En aplicaciones de telecomunicaciones, la modulación de amplitud de pulso es una tecnología de uso poco frecuente, habiendo sido sustituida por otras técnicas como la modulación de posición de pulso y modulación de código de impulsos. Además, una tecnología llamada modulación de amplitud en cuadratura es ampliamente utilizada en módems telefónicos con una velocidad de transferencia de datos de más de 300 kbps. Mientras que las nuevas tecnologías están haciendo rápido conocer su presencia, hay que señalar que la modulación de amplitud de pulso es todavía útil en el popular estándar de comunicación Ethernet. Por ejemplo:
100BASE-T2, que funciona a 100 Mb / s - Ethernet medio se utiliza 5 nivel modulaciones PAM funcionan a 25 mega-pulsos / s más de cuatro cables 100BASE-T medio, que levantó la barra a 4 pares de hilos, funcionando cada uno a 125 mega - pulsos / seg, a fin de lograr 1,000 Mbps de velocidad de transferencia de datos, pero todavía con la misma PAM5 para cada par. Más recientemente, PAM12 y PAM8 han ganado consideración en la nueva norma propuesta por la IEEE 802.3an para 10GBASE-T - diez gigabyte Ethernet sobre cable de cobre.
7. CIRCUITO PAM USANDO UN CI 555 El CI555 se puede utilizar para generar PAM con un transistor NPN conectado en la salida. El chip está configurado en modo astable para generar tren de pulsos para obtener muestras de información (audio) de la señal. Su frecuencia debe ser al menos dos veces la de la señal de audio. Por lo general, es de 8 KHz (porque la señal de audio es de hasta 3,4 KHz), pero para una mejor calidad se ha usado 32 KHz. Esta salida de tren de pulsos se alimenta a la base del transistor NPN. El colector del transistor se acopla con el audio de baja frecuencia (información) a través de la señal abrazadera positiva formado por el condensador C1 y el diodo D1. La abrazadera positiva desplazará el nivel de señal de audio por encima de 0 V. La salida en el colector del transistor es una onda PAM. La amplitud de los impulsos generados por CI555 varía de acuerdo con la amplitud instantánea de la señal de información.
8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Ahora que hemos concluido con la práctica sobre la modulación PAM, se han llegado a varias conclusiones y recomendaciones que se basan en los resultados, experiencias y conocimientos obtenidos durante todo el proceso que llevó en la elaboración de la misma:
Conclusiones:
El primer paso en la codificación analógica - digital se llama PAM. Esta técnica recoge información análoga, la muestra (ó la prueba), y genera una serie de pulsos basados en los resultados de la prueba. El método de prueba usado en PAM es más eficaz en otras áreas de ingeniería que en la comunicación de datos (informática). En PAM, la señal original se muestra a intervalos iguales. PAM usa una técnica llamada probada y tomada. En un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. El motivo por el que PAM sea ineficaz en comunicaciones es porque aunque traduzca la forma actual de la onda a una serie de pulsos, siguen teniendo amplitud (pulsos)(todavía señal analógica y no digital). La señal PAM es una señal discreta, no necesariamente digital.
Recomendaciones:
Se recomienda tomar muy en cuenta los circuitos y códigos de generación de señales PAM ya que cada uno producirá una señal PAM con características y parámetros diferentes. Tener bien claro los conceptos de modulación PAM y las fórmulas utilizadas para el análisis de la misma, debido a la gran importancia que tiene esta modulación en la generación de señales PCM.
9. BIBLIOGRAFÍA: -http://www.gts.tsc.uvigo.es/ssd/. Prácticas de la asignatura Señales y Sistemas Discretos, impartida por el Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad de Vigo. Sistemas de comunicaciones. Disponible en línea: - Comunicaciones: una introducción a la teoría de la comunicación eléctrica. Disponible en línea: - Sistemas de comunicaciones electrónicas, 4ta edición, TOMASI. Pearson Prentice Hall.
-http://www.mathworks.com -http://www.engineersgarage.com/contribution/pwm-pam-ppm-ic555circuit
