MODULACION

MODULACION

MODULACIONMODULACION

Modulacion es el proceso de codificarinformacion desde la fuente del mensaje en una manera adecuada para transmision.

Generalmente consiste trasladar la sealbandabase a una seal en una frecuenciasmucho mayor que la frec. de banda base.

Demodulacion es el proceso de extraccion de la banda base a partir de la portadora.

Tecnicas de Modulacion

ModulacionModulacion

ModulacionModulacion AnalogaAnaloga((PrimeraPrimera GeneracionGeneracion

de de SistemasSistemas))

ModulacionModulacion DigitalDigital((SistemasSistemas PresentesPresentes

y y FuturosFuturos))

Fundamentos de Transmision

Como enviamos informacion?Seales ElectromagneticasTV, Radio, Internet etc.

SealesEstan en funcion del tiempoHay 3 componentes:

Amplitud (A) : Fuerza de la sealFrecuencia (f) : # de ciclosFase ( ) : Posicion Relativa

Para seales analogas o digitalesLongitud de onda ():

Distancia ocupada por 1 ciclo = c / f

Analoga: continua, no quiebres

Digital: La seal es discreta

1 CicloLong. de Onda

Amplitud

Efectos en la Seal Atenuacion: Decrecimineto de la seal

atravez de sus etapas de Tx

Distorsion: Interferencia de

diferentes componentesde frecuencias

Ruido: En la ausencia de seal

hay una mezcla de frecuencias en el canal llamado ruido

Error: Cuando una seal se

mezcla con ruido se produce error

MODULACION EN AMPLITUD

Caracteristicas Principales

Modulacion AM

Seal Mensaje

Portadora

Seal AM

m ( t )

c cA c o s (2 f t )

A M c cS (t) = A [1 + m (t)]co s (2 f t)

Parametros AM

Indice de Modulacion

Ancho de Banda

Potencia Total en AM

Potencia en la Portadora

AM m B = 2 f

A MP c 2 2= 0.5A [ 1 + 2 + ]

c2

c P = A / 2

m c k= A / A 1

MODULACION FM

Parametros FM

Seal Mensaje

Seal FM

Potencia en Seal FM

Indice de Modulacion

W = Componente de mayor frecuencia en la sealmensaje

AM = Valor Pico de la Seal Modulada

m ( t )

= + F M C c f tS ( t ) A c o s [ 2 f t 2 k m ( t ) d t ]

= = f f Mk A / W f / W=FM c 2P A / 2

METODOS DE MOD - DEMOD FM

Modulacion Metodo Directo VCO Metodo Indirecto ArmstrongDemodulacion Deteccion de Pendiente Deteccion por cruce de Cero Deteccion por PLL Deteccion por Cuadratura

ComparacionesFM AM

Seales FM son menossuceptibles a ruidoatmosfericos , porque la informacion es guardada comovariaciones de frecuencia y no como variaciones de amplitud.

Seales AM son massuceptibles al ruido atmosferico, debido a que la informacion esguardada como variaciones de amplitud .

El indice de Modulacion puedeser variado para obtener SNR mejores

El indice de Modulacion no puede ser cambiadoautomaticamente.

La seal FM ocupa mas anchode Banda

La seal AM ocupa menosancho de Banda

Modulacion Digital

Los sistemas Digitales estn clasificados en 3 categoras:

Eficientes en Ancho de Banda : Habilidad para colocar informacin en un ancho de banda limitado

Eficientes en Potencia: Habilidad para enviar informacin a la menor potencia posible

Eficientes en Costos

En un sistema de Comunicaciones la variacin en incremento de unos de los valores de eficiencia produce un decrecimiento en otro parmetro.Para los sistemas de Microondas Digitales la prioridad son los sistemas eficientes en Ancho de Banda con un bit error rate bajo.

Modulacion Digital

Los sistemas Digitales estn clasificados en 3 categoras:

Eficientes en Ancho de Banda : Habilidad para colocar informacin en un ancho de banda limitado

Eficientes en Potencia: Habilidad para enviar informacin a la menor potencia posible

Eficientes en Costos

En un sistema de Comunicaciones la variacin en incremento de unos de los valores de eficiencia produce un decrecimiento en otro parmetro.Para los sistemas de Microondas Digitales la prioridad son los sistemas eficientes en Ancho de Banda con un bit error rate bajo.

Capacidad de un Canal Capacidad de un Canal:

Ruido, atenuacion, distorsion etc. limitara el rate de data de un canal de informacion.

El rate maximo en que un canal de data puedeser trasmitido se llama Capacidad del Canal

Ruido: Debe ser minimizado para lograr mas data rate

Ancho de banda de Nyquist Asume un canal libre de errores (sin ruido)

En caso of Ruido: Formula de Shannon SNR :

Signal to Noise Ratio : Pot. Seal / Pot. Ruido(comunmente representada en decibels)

Nos delimita el limite superior de data rate posible

1

0T=1sec, f=1/1=1Hertz

Data rate = 2 bits/sec

C= 2 B log M

Channel capacityBandwidth Voltage levels

powernoisepowersignalSNRdb ..10log10=

C = B log2(1+SNR)Limite Sup. Teorico

Ejemplo

Resultado de Shannon : Si el rate actual de informacion en el canal esmenor que la capacidad del canal, libre de error, entonces esteoricamente posible lograr una transmision libre de erroresusando algoritmos de deteccion y correccion de errores.

Encontrar la capacidad del Canal de Voz (3400 Hz) at 40 dB SNR?C = B log2 (1+SNR)

SNR =40 dB ; 40 =10 log10 (SNR) ; 4 = log10 (SNR) ; SNR =10,000

C = 3400 log2 (10001) = 44.8 kbps

Basado en la formula de Nyquist, cuantos niveles de muestreo de sealnecesitamos?

44.8*1000 = 2*3400*log2(M) 448 = 68 * log2(M)M = 96

Multiplexing Es el transporte de multiples seales a travez de un medio sencillo

La capacidad de transmision del medio usualmente excede la capacidad requerida para la trasmision de una seal sencilla

Es el metodo mas eficiente para transmitir en un medio : Combina multiples seales

Incrementa la data rate que provee un costo efectivo

Multiplexing Analogo Frequency Division Multiplexing (FDM)

Multiplexing Digital Time Division Multiplexing (TDM) Code Division Multiplexing (CDM)

ASK Amplitude Shift Keying

La informacin en bits es transportada en la amplitud de la portadora. Es muy susceptible a ruido por Ganancia de Amplitud, es utilizada en fibra ptica.

FSK Frequency Phase Keying

La informacin en bits es trasportada como cambios frecuencia de la portadora. Es menos susceptible a ruido que ASK y se utiliza en sistemas de RF como LAN con cable coaxial, paging.

PSK Phase Shift Keying

La informacin en bits es trasportada como cambios de fase en la portadora. Esta modulacin esta limitada por la habilidad del equipo para detectar las pequeas diferencias de fase. QPSK y 8PSK son usada en sistemas satelitales, MW y de telemetra.

Tipos de Modulacion

Eb/No = 10 dBSymbol=2^1=2

Eb/No = 10.6 dBSymbol=2^2=4

Eb/No = 15.2 dBSymbol=2^3=8

16 QAM

Eb/No = 14.8 dBEsta modulacin es una combinacin de ASK y PSK para lograr una mximo contraste entre smbolos. Usada en DVB-T y DVB-C junto con 32, 64 y 128 y 256 QAM, debido a su excelente eficiencia en ancho de Banda.

Symbol= 2^4=16

Eficiencias de las Modulaciones

BPSK utiliza 1 bit por simbolo Q-PSK utiliza 2 bits por simbolo y 1/2 de Ancho

de Banda8 -PSK utiliza 3 bits por simbolo y 1/3 de Ancho

de Banda16 QAM utiliza 4 bits por simbolo y 1/4 de Ancho

de Banda

Eficiencias de las Modulaciones

Si tenemos un canal de Voz muestreado a 10 KHz con un muestradorde 8 bits, tendremos un tren de informacion de 80 Kbps

Si el Symbol Rate es el numero de bit entre la cantidad de bit porsimbolo, entonces tendremos queBPSK el SR es 80 Ksps para un SR de 1 bitQPSK el SR es 40 Ksps para un SR de 2 bits8PSK el SR es 26.66 Ksps para un SR de 3 bits16QAM el SR es 20 Ksps es para un SR de 4 bits256QAM el SR es 10 Ksps para un SR de 8 bits

Si el sistema digital fuese perfecto entonces el ancho de banda a ocupar podria ser igual al symbol rate.

Comentarios

Modulacion PSK es comunmente utilizada para los enlaces satelitales

Mod FSK es menos utilizada debido a la complejidad de los modems, efecto Doppler y la dependencia natural en frecuencia del canal, pero una version especial, la GMSK es utilizada por su buen desempeo con los lobulos laterales, aunque su eficiencia en ancho de Banda sea menor que QPSK

Comentarios

Mod en Amplitud AM no es utilizada en enlaces satelitales debido a su pobre desempeo en los canales satelitales, pero ha encontrado mucha aceptacion en los enlaces de Microonda, en su version especial de Amplitud y Fase QAM, que provee una gran eficiencia en el ancho de Banda y con grandes tasas de Informacion.

MODULACIONES Y TASAS

ANCHO DE BANDA

20 MHz 30 MHz 40 MHz

34 Mbps QPSK QPSK QPSK

68 Mbps 16QAM 8PSK QPSK

140 Mbps 256QAM 64QAM 16QAM

280 Mbps 1024QAM 256QAM

TASABW

Modulador IQ

Modulador IQ

Transmisor Digital

Transmisor Digital

Convertidor A/D Up-converterProcesamiento AmplificadorCompresion Filtro TxCorreccion de Error AntenaConvertidor de Simbolos IQFiltro IQModulador IQ

Receptor Digital

Antena Recuperador de Frecuencia de CarrierDown-converter Recuperador de Reloj de SimbolosDemodulador IF Decomposicion de Seal IQ

Determinacion de IQ- SimbolosDecoding y De- InterleavingExpansion a Bit stream originalConvertidor Digital- Analogo

COFDM

ENG Actualidad El movimiento a digital Tipos de Tecnologia

video coding modulacion

Ventajas de ENG Digital productos de ENG Digital

ENG Actualidad

Tecnologia analoga de modulacion FM Canales de ancho de banda de 20-28

MHz en 2, 5, 7 y 13 GHz Usados en unidades moviles Tambien usados para deportes y

coberturas de eventos Sufren de problemas de multitrayecto

Porque ENG Digital?

Se reducira el ancho de banda, que dara espacio para servicios de Comunicacion Satelital Personal

Se estan llevando a cabo pruebas con ENG Digital con diferentes tecnologias

2.5 GHz ENG probablemente se convertira a digital con canales de 10MHz maximo

Digital ENG - Cual es el Estandar?

MPEG-2 es el estandar de codificacion de video Totalmente escalable variable bit rate 4:2:2 y 4:2:0 dependiendo de bit

rate/calidad Niveles de calidad son aceptados para

contribucion Pero que esquema de Modulacion?

Digital ENG Que Modulacion?

Esquemas de portadora simple QPSK QAM 8VSB

O portadora multiple? COFDM Propietario

Modulacion - Simple vrs Multi - Portadora

Transmision Terrestre es el medio de transmision mas dificil

Las pruebas muestran que una portadora simple funciona pero

No es mas robusta al multi-trayecto que una analogo y cuando falla es catastrofico!

Los esquemas Multi-portadora ofrecen un desempeo superior para enlaces ENG

Digital ENG - the problemsDigital ENG Esquema Funcionamiento COFDM

Las portadoras son de bajo bit rate

Caracteristicas Tecnicas de COFDM

Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing

2000 portadoras en 6 , 7 y 8 MHz Cada portadora contiene data o informacion de

sincronizacion Portadoras de Data son moduladas individualmente

QPSK, 16QAM o 64QAM DVB-S Forward Error Correction (FEC) Un intervalo de Guarda se aade- repeticion de

partes de los simbolos para proveer proteccion de multitrayecto

Caracteristicas Tecnicas de COFDMECO DELAY < INTERVALO DE GUARDA

Caracteristicas Tecnicas de COFDMECO DELAY > INTERVALO DE GUARDA

Ventajas de COFDM

Excelente proteccion contra multitrayecto estatico y dinamico

4 dB de rechazo co-canal que permite el re-uso de frecuencias en un sitio de recepcion

Excelente desempeo con interferencia de canal adyacente que permite el uso de canales antes no usados

Ventajas de COFDM

El sistema de 2000 portadoras permite operar con Doppler dinamico

El extenso uso de COFDM ENG ha comprobado la robustez de DVB-T en ambientes hostiles para ENG

MPEG y COFDM dan flexibilidad de carga y desempeo

COFDM y MPEG Un Sistema Flexible

Parametros Nominales ENG =QPSK ,FEC 1/2, Guarda 1/32 para 8 Mhz Tx

Coderate

QPSK 16-QAM

64-QAM

QPSK 16-QAM

64-QAM

QPSK 16-QAM

64-QAM

QPSK 16-QAM

64-QAM

1/2 4.98 9.95 14.93 5.53 11.06 16.59 5.85 11.71 17.56 6.03 12.06 18.10

2/3 6.64 13.27 19.91 7.37 14.75 22.12 7.81 15.61 23.42 8.04 16.09 24.13

3/4 7.46 14.93 22.39 8.29 16.59 24.88 8.78 17.56 26.35 9.05 18.10 27.14

5/6 8.29 16.59 24.88 9.22 18.43 27.65 9.76 19.52 29.27 10.05 20.11 30.16

7/8 8.71 17.42 26.13 9.68 19.35 29.03 10.25 20.49 30.74 10.56 21.11 31.67

11/4 Guarda 1/8 Guarda 1/16 Guarda 1/32 Guarda

ESPECTRO DE COFDM

Signal con RegrowthRegrowth Minimo 25dBBack-off tipico 2-7 db

Desempeo Excelente en ENG Digital

Carga de Datos depende de las condiciones del enlace : 4.5 Mbit/s y rate 1/8 para desempeo

robusto en condiciones moviles 10 Mbit/s tipico para operaciones ENG 31 Mbit/s para condiciones buenas de

enlace Desempeo Eficiente de RF

Anchos de banda de 6, 7 y 8 MHz da como minimo 2 canales en un canal de FM

Alguno Parametros Importantes COFDM

Regrowth tipico 30dB, minimo 25db Backoff tipico 5-7db para trabajar lineal Umbral -95dbm, 10db sobre FM Potencial de Operacion 4:1 vs. Ancho de banda

FM QPSK la modulacion mas robusta con data rate

menos de 10MHz QAM para cualquier data rate mayor de 10MHz

Digital ENG Ventajas

DVB MPEG-2 encoding 4:2:2 o 4:2:0 Un encoder puede ser usado para ENG y

SNG Modulacion COFDM Comprobada

Aceptada mundialmente para operaciones ENG

Rango de varias interfases de Baseband PAL / NTSC, SDI o DVB

Seguridad en la transmision Llave fija de codificacion para proteccion de

material

Sistemas Digitales ENG de CML

Soluciones para todas las bandas de frecuencias ENG : Gran estabilidad, y bajo ruido de fase Interfases de Baseband o 70MHz (Tx y

Rx) Gran variedad de amplificadores de

potencia Rango completo de antenas

omni/direccional Terminales de Recepcion fijas con haz

en abanico o directivos con gran ganancia Opciones de control remoto

SISTEMA TIPICO DE TX

MPEG 2 ENCODER /

MODULATOR STRATA

CONTROL

TRANSMISOR STRATA

SHFPOWER

AMPLIFIER

ANTENA(DIRECTIONAL/

OMNI)

ENTRADA ANALOGO/

SDI

(COAX)

SHF

110/220VAC

110/220VAC

24VDC

MONTAJE INTERNO MONTAJE DE MASTIL

70MHz IF

(COAX)

24VDC

SISTEMA TIPICO DE RX

RECEPTORSTRATA

PEDESTALMOTORIZADO(OPTIONAL)

UNIDAD DE CONTROL

LOCAL(OPTIONAL)

PYLON EPC UNIDAD ESCLAVO

(OPTIONAL)

110/220VAC 110/220

VAC24VDC

70MHz IF

MULTICORE

COFDM IRD

110/220VAC

ANALOGUE/SDI VIDEO

OUT

SHFANTENADE RECEPCION(DIRECTIONAL/

OMNI)

LOW NOISE AMPLIFIER

MONTAJE EXTERNO

MONTAJE INTERNO

Digital ENG Sumario

Todos los sistemas ENG emigraran a Digital COFDM ofrece superior desempeo sobre

FM y digital de Portadora Sencilla SCPC Eficiencia espectral Reuso de Frecuencia Aplicacion para movil y sistemas fijos

MPEG y COFDM tienen la versatilidad para todas las aplicaciones

Tecnicas de ModulacionFundamentos de TransmisionEfectos en la SealMODULACION EN AMPLITUDCaracteristicas PrincipalesParametros AMMODULACION FMParametros FMMETODOS DE MOD - DEMOD FMComparacionesModulacion DigitalCapacidad de un CanalEjemploMultiplexingASK Amplitude Shift KeyingFSK Frequency Phase KeyingPSK Phase Shift KeyingTipos de Modulacion16 QAMEficiencias de las ModulacionesEficiencias de las ModulacionesComentariosComentariosMODULACIONES Y TASASModulador IQModulador IQTransmisor DigitalTransmisor DigitalReceptor DigitalCOFDMENG Actualidad Porque ENG Digital?Digital ENG - Cual es el Estandar?Digital ENG Que Modulacion?Modulacion - Simple vrs Multi - PortadoraDigital ENG - the problemsCaracteristicas Tecnicas de COFDMCaracteristicas Tecnicas de COFDMECO DELAY < INTERVALO DE GUARDACaracteristicas Tecnicas de COFDMECO DELAY > INTERVALO DE GUARDAVentajas de COFDMVentajas de COFDMCOFDM y MPEG Un Sistema FlexibleESPECTRO DE COFDMDesempeo Excelente en ENG DigitalAlguno Parametros Importantes COFDMDigital ENG VentajasSistemas Digitales ENG de CMLSISTEMA TIPICO DE TXDigital ENG Sumario