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1 Contenido 1.- El canal paso banda. 2.- Modulación digital. TRANSMISIÓN DIGITAL PASO BANDA Objetivo.- Al finalizar, el lector será capaz de describir los tipos de modulación digital y calcular la tasa de bit y de baudio para un canal con determinada modulación. Aplicar los principios p de modulación digital a módems telefónicos, DSL y cable. Última modificación: 1 de octubre de 2010 Tema 5 de: COMUNICACIONES DIGITALES Edison Coimbra G. 1

2 1.- El canal paso banda La transmisión en banda ancha o paso banda usando modulación digital implica convertir la señal digital a una señal analógica para su transmisión. La modulación permite usar un canal paso banda un canal con un ancho de banda que no empieza en cero. Este tipo de canal está más disponible que un canal paso bajo, por ejemplo en la red telefónica. Si el canal disponible es un canal paso banda, no se puede enviar la señal digital directamente al canal, es necesario convertir la seña digital it a una señal analógica antes de la transmisión. ió Para la conversión o modulación, se usa una señal analógica de frecuencia única, llamada portadora. La amplitud, frecuencia o fase de esta portadora se cambia para que parezca como la señal digital. 2

3 Ejemplo 1: transmisión por banda ancha Un ejemplo de transmisión por banda ancha o paso banda usando modulación es el envío de datos de una PC a través de una línea telefónica. Estas líneas se diseñaron para transportar voz con un BW limitado entre 300 y Hz. Aunque este canal se puede usar como un canal paso bajo, normalmente se considera un canal paso banda. Una razón es que el BW es tan estrecho (3.300 Hz) que si se trata como un paso bajo y se usa transmisión banda base, la velocidad máxima que se consigue es 6,6 kbps. La solución es considerarlo un canal paso banda y usar técnicas de modulación con ayuda de módems. 3

4 2.- Modulación digital La modulación digital o conversión de digital a analógico es el proceso de cambiar una de las características de una señal analógica en información basada en una señal digital. Al cambiar cualquiera de las 3 características principales de una señal analógica, se obtienen bi 3 mecanismos para modular datos digitales en señales es analógicas. Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) Modulación por desplazamiento de fase (PSK) Hay un cuarto mecanismo (y mejor) que combina cambios en fase y amplitud y que se denomina modulación de amplitud en cuadratura (QAM). Es el más eficiente de estos mecanismos y es el que se usa en todos los módems modernos. 4

5 Modulación ASK Bits y símbolos Un bit es la entidad más pequeña de información. Un símbolo (baud) es la unidad más corta de una señal. Tasa de bit y tasa de baud La tasa de bit es el número de bits enviados en 1 Ancho de banda de ASK segundo (bps) La tasa de baud es el número de símbolos enviados en 1 segundo (baud). N baud = Tasa de baud 5

6 Modulación FSK Bits y símbolos Un bit es la entidad más pequeña de información. Un símbolo (baud) es la unidad más corta de una señal. Tasa de bit y tasa de baud La tasa de bit es el número de bits enviados en 1 Ancho de banda de FSK segundo (bps) La tasa de baud es el número de símbolos enviados en 1 segundo (baud). N baud = Tasa de baud 6

7 Modulación PSK Bits y símbolos Un bit es la entidad más pequeña de información. Un símbolo (baud) es la unidad más corta de una señal. Tasa de bit y tasa de baud La tasa de bit es el número de bits enviados en 1 Ancho de banda de FSK segundo (bps) La tasa de baud es el número de símbolos enviados en 1 segundo (baud). N baud = Tasa de baud 7

8 Modulación PSK - Variantes 8

9 Ejemplo 2: BW de señal ASK Respuesta.- En ASK, las tasas de baud y de bit son iguales, por tanto N baud = 2 kbd y el BW mínimo = 2 khz. Ejemplo 3: Tasa de bit de señal ASK Dado un BW de 5 khz para una señal ASK, Cuál es la tasa de baudios y la tasa de bits? Respuesta.- En ASK la tasade baud = BW, portanto,nn baud = 5 kbd y la tasade bit =5 kbps. Ejemplo 4: BW de señal ASK En transmisión ió de datos, se pueden usar enlaces full-duplex l con comunicación ió en ambos sentidos. Es necesario dividir el BW en 2 frecuencia portadoras. Dado un BW de 1 khz (1 a 11 khz), dibuje un diagrama ASK full-duplex del sistema. Calcule las portadoras y los BW en cada dirección. Asuma que no hay intervalos entre las bandas de ambas direcciones Calcule el BW mínimo para una señal ASK que se transmite 2 kbps. El modo de transmisión es halfduplex. Respuesta.- Para ASK full-duplex, el BW en cada dirección es BW = 10 khz/2 = 5 khz. Las portadoras se eligen en la mitad de cada banda. f c(adelante) = 1 khz + 5 khz/2 = 3.5 khz f c(atrás) = 11 khz 5 khz/2 = 8.5 kh 9

10 Ejemplo 5: BW de señal FSK Calcule el BW máximo para una señal FSK que se transmite a 2 kbps. La transmisión es en modo half-duplex y las portadoras deben estar separadas por 3 khz. Respuesta.- Si f c1 y f c0 son las portadoras, entonces BW = N baud +(f c1 f c0 )=2kHz+3kHz=5kHz. Ejemplo 6: Tasa de bit de señal FSK Calcule la máxima tasa de bits de una señal FSK si el BW del medio es 12 khz y la diferencia entre las dos portadoras debe ser al menos 2 khz. La transmisión se lleva a cabo en modo full-duplex Respuesta.- En la transmisión full-duplex, se asignan 6 khz para cada dirección. Para FSK, si f c1 y f c0 son las portadoras, entonces BW = f c1 f c0 + N baud,portanton baud = 4 kbd. que es igual a la tasa de bit, es decir 4 kbps. Ejemplo 7: BW de señal 4-PSK Calcule el BW de una señal 4-PSK que se transmite a 2 kbps. La transmisión se lleva a cabo en modo half-duplex. Respuesta.- En4-PSKlatasadebaudes1/2deladebit.Portanto,N baud =1kBd.Porconsiguiente,el BW = 1 khz. Ejemplo 8: Tasa de bit de señal 8-PSK Dado un BW de 5 khz para una señal 8-PSK, calcule la tasa de baud y la tasa de bit. Respuesta.- En PSK la tasa de baud = BW, es decir N baud 3N baud, por lo que la tasa de bit = 15 kbps =5kBd.Pero,en8-PSKlatasadebites 10

11 Modulación QAM Estándares Ancho de banda de QAM 11

12 Ejemplo 9: Tasa de baud de señal 8-PSK Un diagrama de constelación está formado por 8 puntos igualmente espaciados sobre un círculo. Si la tasa de bit es 4.8 kbps, cuál es la tasa de baudio? Respuesta.- La constelación indica 8-PSK con los puntos separados 45º. Puesto que 2 3 transmiten 3 bits con cada símbolo (baud). Por tanto, N baud =1.6kBd. = 8, se Ejemplo 10: Tasa de bit de señal 16-QAM Calcule la tasa de bit para una señal 16-QAM de 1 kbd Respuesta.- Una señal 16-QAM tiene 4 bits por baud, puesto que 2 4 = 16, por tanto, tasa de bit = 4 kbps. Ejemplo 11: Tasa de baud de señal 64-PSK Calcule la tasa de baud para una señal 64-QAM de 72 kbps Respuesta.- Una señal 64-QAM tiene 6 bits por baud, puesto que 2 6 = 64, por tanto, N baud = 12 kbd. Ejemplo 12 Calcule la tasa de bit para una señal QAM que tiene un BW efectivo de 4 khz y 15 bit/bd. Respuesta.- 60 kbps. 12

13 Ejemplo 13 Se necesita combinar 3 canales de datos consistentes en señales QAM de 15 bit/bd y BW = 4kHz, en un enlace que tiene un BW de 12 khz, entre 20 y 32 khz. a) Muestre la configuración usando el dominio de la frecuencia, sin bandas de guarda. b) Calcule la tasa de bit del enlace. Respuesta.- a) La figura muestra la configuración de una FDM. Para el presente ejemplo, f 1 =20, f 2 =24 y f 3 =28 khz. b) 180 kbps. 13

14 Ejemplo 14 Calcule la tasa de bit de carga y de descarga del modulador que se muestra en la figura. FIN 14

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