PRÁCTICA 2 MODULACIONES. ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio

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1 PRÁCTICA 2 MODULACIONES ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 1

2 CONOCIMIENTOS PREVIOS: Representación temporal y frecuencial de señales AM, FM, DBL, ASK, BPSK, QPSK Estructura de los distintos moduladores OBJETIVOS DE LA PRACTICA: Analizar en tiempo real las señales moduladas actuando sobre los parámetros que caracterizan las mismas. Visualización en el dominio de la frecuencia y del tiempo de señales moduladas Caracterización eléctrica de moduladores y demoduladores Visualización efectos no ideales Familiarizarse con placas y montajes ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 2

3 MODULACIÓN: Alteración sistemática de una forma de onda (portadora) de acuerdo a las características de otra forma de onda (moduladora, mensaje) NECESIDAD DE LA MODULACIÓN: Para trasladar la señal de interés a una frecuencia más alta para su posterior transmisión (imposibilidad de transmitir la señal banda base por un medio no cableado) LA MODULACIÓN IMPLICA TRASLACIÓN DE FRECUENCIAS LA MODULACIÓN PERMITE: Facilidad de transmisión (radiación de señales) Transmisión eficiente (según el canal radioeléctrico elegido) Multiplexado Asignación de frecuencias Mejora en S/N ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 3

4 MEZCLADORES/MODULADORES BALANCEADOS cos( 2πf m cos( 2πf c Permiten el producto analógico de dos señales [ cos(2π ( f f ) + cos(2 ( f f ) )] u( = A π t c m c + m ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 4

5 EL MODULADOR IQ I cos( 2πf c Modulador universal En el laboratorio se utiliza para: AM ASK DBL BPSK, QPSK BLU Q Entrada I Salida Entrada Q ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio Entrada OL ECOM P2 5

6 MODULACIÓN DBL Portadora Dominio del tiempo (osciloscopio) u( = cos(2πf cos(2πf = A [ cos(2π ( f f ) + cos(2π ( f + f ) ] c m m c c m Moduladora Modulada (DBL) Dominio de la frecuencia (analizador de espectros) f c Portadora Moduladora f c - f m f c + f m Modulada (DBL) f m ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 6

7 MODULACIÓN DBL: MEDIDAS Sincronizar con CH1 Señal Moduladora Señal Modulada (DBL) Portadora ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 7

8 MODULACIÓN DBL: MEDIDAS Rechazo de portadora ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 8

9 1+ m cos(2πf m cos( 2πf c MODULACIÓN AM u( = A( 1+ mcos( 2πf m ) cos( 2πf c = cos( 2π ( fc fm ) + ( ) A cos( 2πf + m c cos( 2π fc + fm m: Índice de modulación Señal Moduladora No utilizar la entrada Test! Señal Modulada (AM) Portadora ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 9

10 MODULACIÓN AM Portadora Dominio del tiempo (osciloscopio) u( = A A cos( 2 ( 1+ mcos( 2πf m ) cos( 2πf c = cos( 2π ( fc fm ) + ( ) πfc + m cos( 2π fc + fm Moduladora Modulada (AM) Dominio de la frecuencia (analizador de espectros) Portadora f c Modulada (DBL) Moduladora f c - f m f c f c + f m f m ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 10

11 MODULACIÓN AM: MEDIDAS Δ E max E min Índice de modulación: m = E E m c = E E max max E + E min min Índice de modulación: 20log m ( ) = 6 db - ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 11

12 DEMODULACIÓN AM: detector de envolvente R s Diodo C 1 R 1 C 2 R 2 LPF Elimina DC DEMODULACIÓN COHERENTE (DBL) cos( 2πf c Portadora, demodulación coherente f c m( u( = m( cos( 2πf c 0 m ( [ cos( 2 π 2 f + 1] c 0 2 f c ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 12

13 DEMODULACIÓN AM Y DBL Tektronix TDS220 Digital Oscilloscope ALM/REC UTILIDADES MEDIDAS ADQUISICION AUTOCONF CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX VERTICAL HORIZONTAL DISPARO POSICION POSICION POSICION NIVEL k 10k 100k 1M MATE M CH1 MENU CH2 MENU MENU HORIZONTAL MENU MENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV NIVEL 50% FORZ. DISPARO OFFSET AMPLITUD VER DISPARO CH1 CH2 EXT. TTL OUTPUT BNC TEST I OL I FI- I MON MONITOR ENT. I ENT. Q TEST Q 90 o OL 0 o OL Q MODULADOR I/Q SALIDA FI FI- Q ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX SAL 2 LC XTAL INT EXT SAL 1 TUNING AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz MON ENT. OL-FI ENT. FI SAL. DEMODULADOR COHERENTE DEMODULADOR ENVOLVENTE SAL. ENT. FI DETECT. SALIDA FI MONITOR ENT. CAG EXT AMPLIFICADOR FI RX INT ENTRADA FI MONITOR MON. ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 13

14 MODULACIÓN FM Placa OSCILADOR FI 10.8 MHZ Interruptor LC/XTAL : XTAL : Oscilador de frecuencia muy estable (No FM) LC : Oscilador controlado por tensión (VCO). Interruptor INT/EXT : INT : La tensión de control del VCO determinada por el potenciómetro FREC EXT : La tensión de control del VCO determinada por la entrada EXT Moduladora Señal modulada (FM) Interruptores en posiciones LC y EXT ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 14

15 VCO: Curva característica CH1: Acoplo en continua Frecuencia 1 K F Tensión K F se mide en pequeña señal ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 15

16 MODULACIÓN FM: MEDIDAS ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 16

17 MODULACIÓN FM: MEDIDAS Determinación del índice de modulación en el espectro (β = 2.4): β = f f D m = K F f x m max f f D f m D = = β K F x max Espectro señal FM ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 17

18 Fuente MOD. DIGITAL. DEFINICIONES GENERALES bits Codificador símbolos Modulador forma de onda s 3 ( s 2 ( s 6 ( Canal bits símbolos símbolos? Decodificador Decisor Demodulador Símbolos: grupos de k bits 1 V s = T : Velocidad de símbolo Alfabeto: M=2 k símbolos V b = k T : Velocidad binaria ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 18

19 CONSTELACIÓN Las formas de onda asociadas a cada símbolo representan una sinusoide de la misma frecuencia, pero distinta amplitud y fase: basta determinar el extremo del fasor. Constelación: Colección de fasores de una modulación ( = sen( ω x C 0 A ϕ s( = I = Acos( ϕ) Q = Asen( ϕ) s( = Acos( ω t + ϕ) I cos( ω Qsen( ω ( = cos( ω x F 0 ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 19

20 MODULACIÓN ASK Constelación: 2 símbolos (k = 1) 0 A Constelación descentrada: mala BER Espectro: f 0 Eficiencia espectral: (filtro en coseno alzado) e e BW 1 = 1+ r ( 1+ r) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 20 F F = V b = V b V b

21 MODULACIÓN ASK: MEDIDAS FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX k 10k 100k 1M Tektr onix TDS220 Digital Oscilloscope ALM /REC UTILIDADES M EDIDAS ADQUISICION AUTOCONF CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR VERTICAL HORIZONTAL DISPARO OFFS E T AMP LITUD M ATEM M ENU CH1 CH2 MENU MENU HORIZONTAL MENU M ENU VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV NIVEL 50% TTL OUTPUT FORZ. DISPARO VER DISPARO CH1 CH2 EXT. GEN. BITS ALEATORIOS RELOJ/2 M. TEST I OL I FI- I MON MONITOR MON. RUIDO ENT. RELOJ EXT INT GEN. M. DATOS RELOJ ENT. I 0/90 o OL 0 o ENT. Q SALIDA FI OL Q FI- Q TEST Q MODULADOR I/Q ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX LC XTAL SAL 2 HE W LETT ESA-L1500A P A C KAR D SPECTRUM ANALYZER CONTROL FRE Q SYSTEM INT EXT SAL 1 SPAN AMPL FREC AMPL. OSCILADOR FI 10.8 MHz INPUT ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 21

22 MODULACIÓN ASK: MEDIDAS ( ) 2 V = 2 s V b ( RBW ) ( ) PBL = S0 10log log10 V s RBW >> V s ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 22

23 FILTRADO DE LA SEÑAL: ISI Las señales utilizadas en banda base (BB) son pulsos. Al limitar su ancho de banda se deforman y producen ISI. Es posible elegir el filtro para que en el instante de decisión no exista ISI. El filtro sin ISI más estrecho posible es un filtro ideal 2T V 2 de anchura ( ) En BB: 1 s DECISOR Instantes de muestreo óptimos En RF: 1 T Umbral de decisión 0 1 2T f 0 ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 23

24 Salida RELOJ/2 Salida de DATOS NRZ unipolar: ASK Salida de DATOS (RELOJ/2) NRZ bipolar: BPSK y QPSK Entrada RELOJ : Salida TTL del generador de funciones Interruptor: INT : reloj interno (64 KHz) EXT : reloj externo Interruptor filtro: ON / OFF ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 24

25 MEDIDA DEL DIAGRAMA DE OJO ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 25

26 MODULACIÓN BPSK Constelación: 2 símbolos (k = 1) Eficiencia espectral: (filtro en coseno alzado) Efecto del filtrado BB en el ancho de banda (20 db) A A 1 e F = 1 + r Espectro: ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 26

27 MODULACIÓN QPSK Constelación: 4 símbolos (k = 2) 10 Q A 00 Espectro: igual que BPSK para mismo T Constelación centrada: buena BER (igual que BPSK) 11 A A A 01 I Pero más sensible a ruido de fase Eficiencia espectral: (filtro en coseno alzado) 2 e F = 1 + r ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 27

28 DEMODULADOR IQ Cualquier señal paso-banda admite la expresión: ( = x ( cos ( ω + x ( sen( El modulador IQ es universal, por tanto, el demodulador IQ también es universal x t cos ϕ x t sen ϕ x( 90 0 cos cos ( ω0 t + ϕ) ([ ω + ω] t + ϕ) 0 I x I I x I 0 Q ω0 ( ) ( ) ( ) ( ) Q ( cos( ωt + ϕ) x ( sen( ωt + ϕ) La constelación se recibe girada con respecto al origen: Q Q ϕ I Q x x I ( sen( ωt + ϕ) + xq ( cos( ωt + ϕ) ( sen( ϕ) + x ( cos( ϕ) I El demodulador IQ es coherente: Recuperación de portadora Q ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 28

29 FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX ALM /REC M EDIDAS ADQUISICION AUTOCONF k 10k 100k 1M Tektr onix TDS220 Digital Oscilloscope UTILIDADES CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR VERTICAL HORIZONTAL DISPARO M ATEM M ENU CH1 CH2 MENU MENU HORIZONTAL MENU M ENU OFFS E T AMP LITUD VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV NIVEL 50% FORZ. DISPARO TTL OUTPUT VER DISPARO CH1 CH2 EXT. GEN. BITS ALEATORIOS RELOJ/2 M. CONVERSOR S/P + FILTROS M. TEST I OL I FI- I MON MONITOR MON. RUIDO ENT. RELOJ EXT INT GEN. M. DATOS RELOJ ENT. DATOS S/P ENT. RELOJ CON SIN DATOS I DATOS Q M. ENT. I 0/90 o OL 0 o ENT. Q SALIDA FI OL Q FI- Q TEST Q MODULADOR I/Q ENTRADA SALIDA AMPL. AMPLIFICADOR FI TX MODULADORA 50 Oh. LC XTAL SAL 2 INT EXT 0 o / 90 o SALIDA INT FREC EXT SAL 1 SAL. I TEST I OL I 0/90 o OL ENT. RF MODULADOR DE FASE FI- I MON 0 o SAL. Q ENTR. FI OL Q FI- Q TEST Q DEMODULADOR I/Q OSCILADOR FI 10.8 MHz DETECT. SALIDA FI MONITOR AMPL. ENT. CAG EXT AMPLIFICADOR FI RX INT ENTRADA FI MONITOR ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 29

30 MEDIDAS: CONSTELACIÓN QPSK Visualizando los canales I y Q en el osciloscopio, en modo XY Visualizar: Efecto del filtrado (banda base y canal) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 30

31 NORMAS DE TRABAJO EN EL LABORATORIO Los cables se cogen de los conectores para conectarlos y/o desconectarlos No dejar cables / objetos metálicos en el bastidor: se pueden producir cortos (LEDs / fusibles rearmables) Cables cortos: entre placas Cables largos: instrumentos de medida (transiciones RCA-BNC / BNC-RCA) Los cables no pueden estar tirantes Señales en banda base: medidas en abierto Señales en FI/RF: carga de 50 Ω (excepto A.E.) Las salidas MONITOR están atenuadas 10 db (usar A.E.) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio ECOM P2 31