Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 1 MODULACIONES DIGITALES OBJETIVOS: Analizar las modulaciones digitales. Analizar las modulaciones digitales diferenciales. Analizar tanto los moduladores como demoduladores digitales.
Pág : 2 Laboratorio de Transmisión Digital VERIFICACIONES EXPERIMENTALES. 1.- Generadores de portadora. Las portadoras sinusoidales que van a ser utilizadas en las modulaciones realizadas con los módulos L20 y L21 son: - Portadora de 2400 Hz - Portadora de 1200 Hz / 0º (Φ0) y 1200 Hz / 90º (Φ90) En las tres portadoras utilizadas, es posible regular tanto la fase como la amplitud. Visualizar la señal de reloj master de 2400 Hz y la portadora de 2400 Hz. Regular la fase y amplitud de la portadora de 2400 Hz de modo que esta tenga una amplitud de 1 Vpp y los valores máximos coincidan con los flancos de subida de la onda cuadrada. Visualizar la señal de reloj master de 2400 Hz y la portadora de 1200 Hz (φ 0 ). Regular la fase y amplitud de la portadora de 1200 Hz (φ 0 ) de modo que esta tenga una amplitud de 1 Vpp y los valores máximos y mínimos coincidan con los flancos de subida de la onda cuadrada. Visualizar la señal de reloj master de 2400 Hz y la portadora de 1200 Hz (φ 90 ). Regular la fase y amplitud de la portadora de 1200 Hz (φ 90 ) de modo que esta tenga una amplitud de 1 Vpp y los valores máximos y mínimos coincidan con los flancos de bajada de la onda cuadrada. Dibujar las señales indicadas. 2400 Hz (1) 2400 Hz (17) 1200 Hz: Φ0 (18) 1200 Hz: Φ90 (19)
Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 3 2.- Modulación ASK La portadora sinusoidal de 2400 Hz se va a aplicar a la entrada CARRIER de uno de los dos moduladores balanceados del módulo L20 y la señal de datos se aplicará a la entrada SIGNAL del mismo. El modulador balanceado funciona normalmente como modulador equilibrado y multiplica las dos señales que llegan a las entradas. Si se desequilibra el circuito con el trimer CARRIER NULL, el mismo funcionará como modulador de amplitud, generando de este modo la señal ASK. Unir los puntos del reloj CK, llevar los datos y la portadora de 2400 Hz al modulador. Programar la secuencia de datos: 000 / 111 alternos y pulsar la tecla de inicio STAR. Visualizar en el osciloscopio, la señal de datos y la señal modulada ASK. Regular el trimer CARRIER NULL de tal forma que se obtenga señal sinuosidad para los bits de valor 1 y una señal de amplitud nula para los bits de valor 0. Indicar razonadamente la función del potenciómetro regulado anteriormente. Qué ocurre si se encuentra en otra posición? Por qué?. Regular la fase de la portadora, PHASE, hasta que el valor cero de la sinusoide coincida con el comienzo de los intervalos de bit y dibujar la señal modulada en la siguiente figura. Cuál es el motivo de este ajuste en la fase?. (NRZ) ASK 2400 Hz ASK 1200 Hz
Pág : 4 Laboratorio de Transmisión Digital Cambiar la portadora por otra de 1200 Hz de frecuencia, regular la fase hasta que el valor cero de la sinusoide coincida con el comienzo de los bits y dibujar la señal modulada en la siguiente figura. (NRZ) ASK 2400 Hz ASK 1200 Hz Dibujar la constelación de la modulación ASK realizada. 3.- Demodulación ASK (Demodulador no coherente) Realizar la modulación ASK, tal como se ha indicado en el apartado anterior. Unir la onda modulada ASK con el punto 29. El punto 30 con la entrada de un filtro paso bajo de frecuencia de corte 1200 Hz. Indicar cuál es la función del bloque que se encuentra entre los puntos 29 y 30, para ello se recomienda visualizar las señales en ambos puntos. Visualizar la señal en todos los puntos del demodulador y dibujarla en la gráfica siguiente. Regular, si fuese necesario, el trimer TD del comparador de tensiones hasta conseguir que la señal de datos recibida coincida con la señal de datos generada. Explicar el motivo de esta regulación y qué se varía con este potenciómetro. Verificar en el osciloscopio que los datos recibidos coinciden con los trasmitidos. ASK Detector (30) Filtro (32) Datos recibidos (33)
Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 5 4.- Modulación FSK Para generar la señal FSK, se va a usar dos modulaciones ASK, con dos portadoras diferentes una de 2400 Hz y otra de 1200 Hz. En primer lugar se generará una modulación ASK con portadora de 2400 Hz en la que se transmitirá portadora cuando los datos sean 1 ; en segundo lugar se generará una modulación ASK con portadora de 1200 Hz en la que se transmitirá portadora cuando los datos sean 0 ; por último se sumaran ambas modulaciones ASK, se ajustará la amplitud de ambas señales para que sean idénticas y se ajustará la fase de ambas portadoras para que no se produzca salto de fase. Realizar las siguientes conexiones: 1. Unir los puntos del reloj CK 2. Llevar los datos y la portadora de 2400 Hz al modulador balanceado 1. 3. Llevar los datos y la portadora de 1200 Hz al modulador balanceado 2. 4. Punto 27 a masa. Programar la secuencia de datos 000 / 111 alternos y pulsar STAR. Observar en el osciloscopio la señal de datos y la señal obtenida a la salida del modulador balanceado1, modificar el CARRIER NULE hasta que se obtenga una señal modulada en ASK donde se transmita portadora para los símbolos 1. Observar la señal de datos y la señal obtenida a la salida del modulador 2, modificar el CARRIER NULE hasta que se obtenga una señal modulada en ASK donde se transmita portadora para los símbolos 0. Dibujar en la siguiente figura la señal de datos y la salida de los dos moduladores, ajustando previamente la fase de las portadoras, tal como ya se indicó en la modulación ASK, de forma que no haya salto de fase en los cambios de símbolo. Datos (NRZ) (5) ASK1 ASK2 (23) Observar la señal de datos y la señal modulada en FSK. Ajustar la amplitud de las portadoras utilizadas de forma se obtenga una señal modulada en FSK de la misma amplitud para los dos símbolos.
Pág : 6 Laboratorio de Transmisión Digital Datos (NRZ) (5) FSK (28) Con qué tipo de señal se codifica el símbolo 1?. Y el 0?. 5.- Demodulación FSK. Realizar previamente la modulación FSK comentada en el apartado anterior. Realizar las siguientes conexiones: 1. Conectar la salida del modulador FSK con el punto 37. 2. Conectar el punto 38 con la entrada del Filtro paso bajo de frecuencia de corte 1200 Hz. Visualizar las señales en los puntos 37 y 38. Cuál es el bloque que se encuentra entre estos dos puntos?. Qué función realiza?. Visualizar los datos recibidos, regulando el trimer TD si fuese necesario. Dibujar en la siguiente tabla las señales visualizadas en los puntos correspondientes. FSK (28) PLL (38) Filtro (32) Datos recibidos (33)
Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 7 6.- Modulación PSK La forma de obtener una modulación PSK binaria es similar a la de una modulación ASK, con la diferencia de que en este caso tanto para transmitir los niveles 1 como los niveles 0, se utiliza portadora, en cada caso con su fase correspondiente. En el caso binario, la fase asignada a 1 y la fase asignada a 0 tendrá una diferencia de 180º. En la modulación PSK binaria, la fase de la señal modulada será ϕ 1 cuando la señal de datos esté a nivel alto (bit 1 ) y fase ϕ 0 cuando el bit sea 0. Realizar las siguientes conexiones: 1. Unir los puntos de reloj CK. 2. Llevar los datos y la portadora de 2400 Hz al modulador balanceado 1. Programar una secuencia de datos alternos 000/ 111, y pulsar STAR Visualizar la señal de datos y la señal obtenida a la salida del modulador balanceado 1. Regular el trimer CARRIER NULL hasta obtener una señal con el mismo nivel de amplitud para ambos símbolos. Regular la fase de la portadora PHASE de modo que se observe un salto de fase de 180º cuando la señal modulada cambia de símbolo 1 a 0 o a la inversa. Indicar que fase se ha asignado a cada uno de los dos símbolos: Símbolo 1 0 Fase Representar, en la siguiente figura, las señales de datos y PSK. Cambiar la portadora a 1200 Hz de frecuencia, realizando los ajustes necesarios. Dibujar la señal obtenida a la salida del modulador PSK e indicar qué diferencia se encuentran entre ambas modulaciones PSK. (NRZ) PSK 2400 Hz PSK 1200 Hz
Pág : 8 Laboratorio de Transmisión Digital Indicar es la diferencia en la utilización de dicho circuito con respecto al utilizado para obtener la modulación ASK?. Podría realizar una modulación BPSK asignando otras fases a las señales que representan cada símbolo?. Explicar que modificaría. Representar la constelación de la modulación realizada. 7.- Demodulación PSK Regenerador de portadora. Generar una señal BPSK tal y como se ha explicado anteriormente (úsese la portadora de 2400 Hz, así, la frecuencia doble - 4800 Hz - corresponderá a la frecuencia central del circuito PLL regenerador de portadora disponible) Realizar las siguientes conexiones: 1. Llevar la señal modulada BPSK al interruptor analógico o multiplicador. 2. Conectar el circuito elevador con el PLL. 3. Señal de reloj regenerada al interruptor analógico. 4. Salida del interruptor analógico al filtro paso bajo. Visualizar la señal BPSK y la señal suministrada por el elemento elevador al cuadrado. Regular el trimer BAL del bloque SQUATER 1 para obtener la forma de onda que más se aproxime a la de una señal de frecuencia doble que la señal BPSK. Visualizar la señal a la salida del bloque ajustador de fase. Cuál es la frecuencia de la señal regenerada?. Visualizar la señal a la salida del divisor. Cuál es la frecuencia de la señal en ese punto? Visualizar la señal de salida del interruptor analógico y modificar el trimer PHASE ADJUST (bloque regenerador de portadora), hasta obtener semiondas completas. Dibujar en la siguiente gráfica las señales obtenidas en los apartados anteriores. BPSK SQUATER 1 (40) PHASE ADJ (43) Portadora Regenerada (44)
Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 9 Demodulador BPSK. Visualizar los datos recuperados. Regular el trimer TD si fuese necesario. Verificar en el osciloscopio si los datos recuperados coinciden con los datos transmitidos. Puede suceder que los datos recuperados resulten invertidos respecto a los transmitidos. Explicar la razón. Cómo se resolvería este problema? Dibujar las señales en los puntos siguientes. BPSK Portadora regenerada (48) Salida del multiplicador (50) Salida del filtro (32) Datos recuperados (33) 8.- Modulación DBPSK Representar las formas de onda obtenidas en los siguientes puntos: (NRZ) (5) DIFF-DATA (15) DBPSK Cuándo se observan los cambios de fase de la portadora?
Pág : 10 Laboratorio de Transmisión Digital 9.- Demodulación DBPSK Demodular la señal DBPSK mediante el demodulador BPSK estudiado anteriormente. Conectar los datos obtenidos a la salida del demodulador BPSK con el decodificador diferencial, realizando los ajustes necesarios. Explicar el motivo de tal conexión. Verificar si el signo de los datos obtenidos a la salida del decodificador no es ambiguo y si los mismos corresponden a los datos transmitidos. Explicar la razón. Dibuje las señales visualizadas en los puntos siguientes. DBPSK Demodulador BPSK (33) Datos recuperados (58) 10.- Modulación QPSK Realizar las siguientes conexiones: Unir los puntos de la señal de reloj CK. Llevar los datos al codificador Dibit. Llevar la señal I al modulador balanceado 1. Llevar la señal Q al modulador balanceado 2. Llevar la portadora de 1200 Hz y fase φ 0 al modulador balanceado 1. Llevar la portadora de 1200 Hz y fase φ 90 al modulador balanceado 2. Punto 27 a masa. Programar la secuencia de datos cíclica: 111101010000101011010010. Seleccionar el modo DIBIT y pulsar START. Visualizar las dos señales de 1200 Hz. Regular las fases de las dos portadoras para que estén desfasadas 90º y tengan la misma amplitud. Visualizar la señal de datos y la señal BPSK del modulador balanceado 1 Regular el trimer CARRIER NULL hasta obtener una señal BPSK correcta. Visualizar la señal de datos y la señal BPSK del modulador balanceado 2. Regular el trimer CARRIER NULL hasta que la señal BPSK sea correcta. Visualizar la señal I y la señal QPSK. Girar levemente el trimer de regulación de las fases en el sentido de las agujas del reloj de la portadora, de manera que los saltos de fase correspondan con el valor máximo o mínimo de la señal sinusoidal.
Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 11 Visualizar la señal Q y la señal QPSK. Girar levemente el trimer de regulación de las fases en el sentido de las agujas del reloj de la portadora, de manera que los saltos de fase correspondan con valores nulos de la señal sinusoidal. Representar las señales visualizadas, en la siguiente tabla. 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 I (11) Q (12) 4-PSK (28) Indicar los tipos de señales que representan cada símbolo. Representar la constelación de la modulación realizada. 11.- Demodulación QPSK Regenerador de portadora Generar una señal QPSK, tal como se explicó en el apartado anterior. Realizar las siguientes conexiones: Unir la señal QPSK con la entrada del interruptor analógico. Unir el circuito elevador al cuadrado con el dispositivo PLL. Unir la salida de la señal de reloj regenerada, con la entrada de reloj φ 0 del interruptor analógico. Unir la salida de este multiplicador con la entrada a uno de los filtros paso bajo. Unir la otra salida de la señal de reloj regenerada, con la entrada de reloj φ 90 del interruptor analógico. Unir la salida de este multiplicador con el otro filtro paso bajo. Visualizar la señal QPSK y la suministrada por el circuito elevador a la cuarta potencia. Regular el trimer BAL de los bloques SQUATER1 y SQUATER 2 si fuese necesario. Explicar porqué en este caso son necesarias dos elevaciones al cuadrado. Frecuencia de la señal a la salida de los elevadores:
Pág : 12 Laboratorio de Transmisión Digital Visualizar la señal a la salida del bloque ajustador de fase. Frecuencia de la señal: Visualizar las señales regeneradas de reloj. Indicar que características poseen. Dibujar las señales en los siguientes puntos. 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 4-PSK (28) 4 ( ) (41) PLL (43) Φ (46) 0 Φ (47) 9 0 Circuito demodulador Regular si fuese necesario el trimer PHASE ADJUST para obtener señales de cuartos de onda en las salidas de los multiplicadores. Visualizar los datos recuperados. Verificar si corresponden con las señales I y Q transmitidas. Puede ocurrir que resulten invertidas. Explicar el motivo. Aplicar las señales I y Q, obtenidas a la salida de los circuitos recortadores, a las entradas del BIT COMBINER. Aplicar la señal I ó Q (contrólese que su forma de onda sea variable) al circuito regenerador de señal de reloj del codificador. Visualizar los datos combinados. 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 4-PSK (28) Multiplicador 1 (50) Multiplicador 2 (51) Filtro 1 (33) Filtro 2 (36) Datos recibidos (65)
Práctica 4: Modulaciones digitales Pág : 13 12.- Modulación QAM Realizar las siguientes conexiones: Unir los puntos de la señal de reloj CK. Llevar los datos al codificador TRIBIT. Llevar la señal I al Modulador balanceado 1. Llevar la señal Q al Modulador balanceado 2. Llevar la señal C al punto 27. Llevar la portadora de 1200 Hz al moduladora balanceado 1. Llevar la portadora de 1200 Hz desfasada 90º al moduladora balanceado 2. Programar una secuencia cíclica de datos, tal que le permita obtener la constelación de la modulación QAM que genera el equipo: 000 001 010 011 100 101 110 111 Seleccionar el modo TRIBIT y pulsar la tecla de inicio STAR. Visualizar las señales de salida de cada modulador. Regular los trimer CARRIER NULL y PHASE hasta que ambas señales PSK visualizadas sean correctas tanto en módulo como en fase (realizar el cambio de fase en el paso por cero). Visualizar la señal C y la señal QAM. Explicar que tipo de bloque es el que se encuentra entre los puntos 25 y 28. Qué se controla con la señal C? Dibujar la señal QAM generada 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 NRZ (5) 8-QAM (28) Representar la constelación de la modulación.