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7/24/2019 T. II - LAB. 07 - Limitacin de Ancho de Banda y Restauracin de Seales... (1)
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UNTECS IET 2015 - I TELECOMUNICACIONES II
LABORATORIO 07
LIMITACION DE ANCHO DE BANDA YRESTAURACION DE SEALES DIGITALES
En los sistemas de comunicacin, el mensaje viaja desde un transmisor hacia un receptor a
travs de un canal o medio de transmisin. Se puede emplear diversos medios como canal:
conductores metlicos (tal como par de cobre o cable coaxial), fibra ptica el espacio libre o
la atmsfera (ondas de !").
Sin importar el medio usado, todos los canales tienen un ancho de banda. Esto es, el medio
permite #ue un ran$o de frecuencias de la se%al pasen relativamente sin cambios mientras #ue
las se%ales de frecuencias fuera de ese ran$o son atenuadas en maor o menor medida. &s',
el canal acta se modela como un filtro.
Este aspecto, tiene implicaciones importantes. !ecuerde #ue la se%al modulada bajo un
es#uema de modulacin anal$ica (tal como &) consiste de muchas ondas senoidales. Si el
ancho de banda del medio no es suficientemente amplio, al$unas de las componentes
senoidales sern atenuadas otras se perdern completamente. En ambos casos, la se%al
demodulada (el mensaje recuperado) tendr distorsiones.
Similarmente, recuerde #ue las se%ales di$itales tambin estn formadas por muchas
componentes senoidales (llamadas fundamental armnicas). *uevamente, si el ancho de
banda del medio no es suficientemente amplio, al$unas de ellas sern atenuadas +o
eliminadas afectando la forma de onda de la se%al.
ara ilustrar este ltimo aspecto, la "i$ura - muestra #ue ocurre cuando se eliminan todas las
componentes de una onda cuadrada, excepto las dos primeras. /omo puede apreciar, la se%al
aparece distorsionada.
Figura 00 1nda cuadrada solo con sus componentes 2/, fundamental primera armnica
Empeorando ms aun los efectos, el canal despla3a la fase de las componentes senoidales en
distintas cantidades (al i$ual #ue un filtro). *uevamente, para ilustrar, la "i$ura -4 muestra la
misma se%al de la "i$ura - pero con u!a "# $u$ "o$componentes desfasada en 5-6,observe el efecto.
Gua de laboratorio P! 1
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Figura 0% & 7a misma se%al de la "i$ura - pero con sus componente desfasadas 5-6
8ma$ine la dificultad #ue tendr'a un circuito de recepcin di$ital, tal como un decodificador
/, para interpretar los niveles l$icos de una se%al como de la "i$ura -4 (ori$inalmente
cuadrada). &l$unos, posiblemente muchos, de los cdi$os ser'an mal interpretados
$enerando voltajes incorrectos. Esto implica la recuperacin de un mensaje ruidoso lo cual es
obviamente un problema.
'REGUNTAS 0-.9 8ndi#ue los canales o medios de transmisin usados t'picamente para transmisin de
se%ales.
-4.9 El ancho de banda de canal es el intervalo de
#ue transmite el canal sin afectar la se%al.
-;.9 ? de un canal@
-5.9
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El #()#ri*#!toEn este experimento usar el mdulo / E*/12E! del E1*& E7E/1S9!&8*E! -
para establecer un sistema de comunicacin /. odelar la limitacin de ancho de banda
del canal introduciendo un filtropasa bajo. 1bservar los efectos de la limitacin del ancho debanda sobre los datos / usando un osciloscopio as' como escuchando los efectos sobre el
mensaje recuperado. "inalmente, usar un comparador para restaurar la se%al di$ital
observar los efectos.
E+ui)a*i#!to
E1*& E7E/1S9!&8*E! - (incluendo adaptador de poder)
1sciloscopio de doble canal, 4- C3
res terminales para osciloscopio de E1*& E7E/1S9!&8*E! -
4- cables de conexin para E1*& E7E/1S9!&8*E! -
Bn headphone estreo
'ROCEDIMIENTO'ARTE A , LOS EFECTOS DE LA LIMITACION DE ANCHO DE BANDA SOBRE LACODIFICACION 'CM/omo se mencion en la introduccin, la limitacin de ancho de banda de un canal puede
distorsionar las se%ales di$itales trastornar el funcionamiento del receptor. Esta parte del
experimento lo demuestra usando un sistema de transmisin /.
.9 /onsi$a todo el e#uipamiento re#uerido.
4.9 /onfi$ure el osciloscopio
;.9 "ije el control 12E del osciloscopio a la posicin 2B&7.
5.9 "ije los controles 8*B /1B78*H de los canales 4 del osciloscopio a la posicin2/.
A.9 "ije los controles IE!8/&7 &E*B&81* de los canales 4 del osciloscopio a la
posicin I+div.
D.9 Bbi#ue el mdulo I&!8&>7E 2/I fije su control I2/ aproximadamente a la mitad de
su recorrido.
F.9 Bbi#ue el mdulo / E*/12E! fije su $-it./12E a la posicin /.G.9 !ealice las conexiones mostradas en la "i$ura -;. 8nserte los plu$s ne$ros de los
terminales del osciloscopio en los socJetes de tierra (H*2).
7as conexiones mostradas en la "i$ura -; pueden ser representadas por el dia$rama de
blo#ues de la "i$ura -5. El mdulo / E*/12E! convierte la salida del mdulo I&!8&>7E
2/I a un cdi$o di$ital #ue el / 2E/12E! decodifica restaura a un voltaje 2/
(muestreado).
El cable #ue interconecta la salida / 2&& del mdulo / E*/12E! con la entrada /
8*B del mdulo / 2E/12E! es el KCANALL del sistema de comunicacin.
M.9 Iar'e el control I2/ del mdulo I&!8&>7E 2/I hacia la i3#uierda derecha.
NOTA: Si el sistema trabaja, ver el voltaje 2/ subir bajar en las salidas de los mdulos
I&!8&>7E 2/I / 2E/12E!.
Gua de laboratorio P! "
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Figura 00 /onexiones a reali3ar para el dia$rama de blo#ues de la "i$ura -5
Figura 01 , 2ia$rama de blo#ues del sistema a implementar
'REGUNTAS 0%-.9
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a la mitad de su recorrido.
.9 "ije el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E 71?9&SS
"87E! completamente en sentido horario.
4.9 odifi#ue las conexiones mostradas en la "i$ura -A si$uiente manteniendo las
conexiones existentes. 7as l'neas punteadas muestran terminales a existentes.
Figura 02 , /onexin del K.a!alL, simulado por un filtro pasabajo, vea la "i$ura -D
7as conexiones pueden ser representadas por el dia$rama de blo#ues de la "i$ura -D. El
mdulo B*E&>7E 71?9&SS "87E! *o"#la la li*ita.i3! "# a!./o "# 4a!"a "#l .a!al .
;.9 ueva hacia la derecha e i3#uierda el control I2/ del mdulo I&!8&>7E 2/I. &l mismo
tiempo, lentamente $ire en sentido antihorario el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS
del mdulo B*E&>7E 71?9&SS "87E!.
5.9 2eten$a el movimiento del control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo
B*E&>7E 71?9&SS "87E! una ve3 #ue la salida del mdulo / 2E/12E!
empiece a distorsionarse.
Figura 05 , 2ia$rama de blo#ues mostrando el K.a!alL modelado
'REGUNTAS 0
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-.9 7E 71?9&SS "87E! aproximadamente a la
mitad de su recorrido.
4-.9 Hire el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E 71?9&SS
"87E! completamente en sentido horario.
4.9 Bbi#ue el mdulo SE=BE*/E HE*E!&1! fije sus dip9sQitches a 00. ara reali3aresto, empuje ambos sQitches hacia arriba.
44.9 !ealice las conexiones mostradas en la "i$ura -F.
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Figura 07 , /onexiones a reali3ar para observar los efectos en la forma de onda di$ital, vea la"i$ura -G
El sistema mostrado en la "i$ura -F puede ser representado por el dia$rama de blo#ues
mostrado en la "i$ura -G. El mdulo SE=BE*/E HE*E!&1! es usado para modelar una
se%al di$ital su salida SYNCes usado para disparar el osciloscopio tal #ue se lo$re una se%al#$ta4l#en la pantalla.
Figura 0:0 2ia$rama de blo#ues del sistema para anali3ar los efectos en la forma de onda
4;.9 "ije el control 8E>&SE del osciloscopio a la posicin ms+28I para ver unos veinte bits
de datos.
NOTA: Es probable #ue no vea los veinte bits de datos debido a #ue al$unos bits estn almismo nivel l$ico de bits adacentes.
45.9 Iisualice ambos canales del osciloscopio compare las se%ales.
4A.9 *ote los efectos de hacer ms an$osto el ancho de banda del canal $irando en sentido
antihorario el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E 71?9
&SS "87E!.
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Bna solucin obvia al problema de la limitacin del ancho de banda del canal consiste en usar
un medio de transmisin #ue posea un ancho de banda suficientemente amplio para los datos
di$itales. En principio, esta es una buena idea se emplea. /iertos tipos de cables se dise%an
teniendo mejores anchos de banda #ue otros. *o obstante, conforme la tecnolo$'a di$ital se
masifica, existe la demanda de enviar ms ms datos a travs de canales existentes con >?
limitados. ara reali3ar esto se re#uiere #ue la tasa de bits transmitidos (4)$) se incremente.
Esto tiene el mismo efecto #ue reducir el ancho de banda del canal. 7a parte si$uiente delexperimento demuestra este aspecto.
4D.9 Hire el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E 71?9&SS
"87E! completamente en sentido horario para lo$rar #ue el ancho de banda del canal
sea lo ms amplio posible.
4F.9 Hire el control "!E=BE*/N &2OBS del mdulo I/1 aproximadamente un cuarto de su
recorrido (la flecha del control deber apuntar al nmero M de la parte frontal del reloj).
4G.9 "ije el control !&*HE del mdulo I/1 a la posicin 71.
4M.9 odifi#ue las conexiones tal como se muestran en la "i$ura -M.
7as conexiones reali3adas en la "i$ura -M pueden ser representadas por el dia$rama de
blo#ues de la "i$ura -. *ote #ue el reloj del mdulo SE=BE*/E HE*E!&1! es ahora
proporcionado por la salida 28H8&7 del mdulo I/1 es variable.
;-.9 Si la $rfica sobre la pantalla del osciloscopio es inestable, $ire lentamente el control
"!E=BE*/N &2OBS del mdulo I/1 en sentido horario hasta #ue la se%al sea
estable.
;.9 ara modelar el incremento de la transmisin de la tasa de bits, contine $irando el
control "!E=BE*/N &2OBS del mdulo I/1 en sentido horario mientras observa la
pantalla del osciloscopio. ara reali3ar lo anterior, re#uiere $irar en sentido horario elcontrol 8E>&SE del osciloscopio tal #ue vea apropiadamente la se%al di$ital.
Figura 0; , /onexiones para anali3ar el incremento de la tasa de bits, vea la "i$ura -
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Figura 0 , 2ia$rama de blo#ues para anali3ar los efectos de i!.r#*#!tarla tasa de bits
'REGUNTAS 01-.9 !educir el ancho de banda del canal de transmisin es similar a aumentar la
de la se%al di$ital.
-4.9
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DIAGRAMAS DE O9O (1/81*&7)/omo ha visto, la limitacin de ancho de banda distorsiona la se%al di$ital ocasionando una
mala interpretacin de los datos en el receptor. or lo tanto, es importante ser capa3 de
inspeccionar probar el rendimiento del canal en sistemas de transmisin di$ital.
7os dia$ramas de ojo son ideales para este propsito son sorprendentemente fciles de
$enerar. Si el instructor lo permite puede llevar a cabo esta actividad.
.9 !etorne el control "!E=BE*/N &2OBS del mdulo I/1 aproximadamente a la mitad
de su recorrido para reducir la limitacin del ancho de banda.
.9 "ije el control 8E>&SE del osciloscopio a la posicin 4-us+28I.
;.9 !ealice las conexiones mostradas en la "i$ura - si$uiente.
Figura 0 , /onexiones para visuali3ar el dia$rama de ojo, vea la "i$ura -4
Esta confi$uracin puede ser representada por el dia$rama de blo#ues de la "i$ura -4.
Figura 0% , 2ia$rama de blo#ues para observar el dia$rama de ojo
El osciloscopio es "i$)ara"oahora por el RELO9del sistema en lu$ar de la se%al SN*/ delmdulo SE=BE*/E HE*E!&1!. Esto fuer3a al osciloscopio a dibujar los bits del mdulo
SE=BE*/E HE*E!&1! unos sobre otros deber aparecer un dia$rama al$o similar a lo
mostrado en la "i$ura ;.
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Figura 0 , 2ia$rama de ojo obtenido al disparar el osciloscopio en cada periodo de reloj parasuperponer los bits unos sobre otros
Heneralmente se evita disparar el osciloscopio de esta manera. *o obstante, cuando se
emplea para inspeccionar datos de salida di$itales del canal puede proveernos bastante
informacin acerca de la CALIDADde la se%al , por lo tanto, del ancho de banda del canal.
Si la se%al di$ital no es seriamente afectada por la limitacin de ancho de banda, los espacios
entre tra3os (llamados 1O1S) estn bien abiertos. /uando la limitacin del ancho de banda
de$rada la calidad de la se%al, los ojos se cerrarn. 1bserve estos efectos por s' mismo
si$uiendo los si$uientes pasos.
5.9 ientras observa el dia$rama de ojos en el osciloscopio, lentamente $ire el control
"!E=BE*/N &2OBS del mdulo I/1 totalmente en sentido horario para incrementar
la frecuencia de reloj , por tanto, la tasa de bits de datos.
Nota: /onforme reali3a esto, puede necesitar cambiar el control 8E>&SE a la posicin
-us+28I.
A.9 7entamente $ire el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E
71?9&SS "87E! en sentido a!ti/orariopara incrementar la limitacin de ancho debanda del canal.
D.9 !etorne el control "!E=BE*/N &2OBS del mdulo I/1 aproximadamente a la mitad
de su recorrido.
F.9 Hire el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E 71?9&SS
"87E! completamente en sentido horario.
G.9 !etorne la entrada SN*/ del osciloscopio a la salida SN*/ del mdulo SE=BE*/E
HE*E!&1!.
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'ARTE C , RESTAURACION DE SEALES DIGITALES/omo ha visto, la limitacin de ancho de banda distorsiona las se%ales di$itales. /omo tambin
ha visto ( o'do) los receptores di$itales, tales como los decodificadores /, tienen
problemas al intentar interpretar se%ales di$itales con ancho de banda limitado. El problema es
#ue la limitacin del ancho de banda es casi inevitable sus efectos empeoran conforme se
incrementa la tasa de bits de la se%al di$ital.
ara manejar este problema, la se%al di$ital recibida deber ser limpiada o restaurada antes de
ser decodificada. Bn dispositivo #ue es ideal para este propsito es el comparador. !ecuerde
#ue el comparador amplifica la diferencia entre los voltajes en sus dos entradas. Esto siempre
produce una versin recortada o cuadrada de cual#uier se%al &/ conectada a una entrada si
esta oscila por encima debajo de un voltaje 2/ de r#f#r#!.iapresente sobre la otra entrada.*ormalmente evitamos el recorte pero, en este caso, es mu til. 7a se%al di$ital limitada en
banda se conecta a una de las entradas del comparador a la otra entrada se conecta un
voltaje 2/ variable. 7a se%al di$ital limitada en banda oscila por encima debajo del voltaje 2/
para producir una se%al di$ital en la salida del comparador. Entonces, el voltaje 2/ variable se
ajusta hasta #ue apare3ca en la salida del comparador una copia de la se%al di$ital ori$inal.
2esafortunadamente, esta simple e inteli$ente idea tiene sus limitaciones. rimero, la limitacin
de ancho de banda puede distorsionar demasiado la se%al di$ital tal #ue el comparador no la
pueda restaurar adecuadamente sin errores. Se$undo, el canal puede provocar #ue la se%al
di$ital recibida ( por lo tanto la se%al di$ital restaurada) sufra "#$fa$a*i#!to. or motivos noexplicados a#u', esto puede provocar otros problemas en los receptores.
Esta parte del experimento permite restaurar una se%al di$ital limitada en banda usando un
comparador observar sus limitaciones.
;4.9 "ije el control 8E>&SE del osciloscopio a la posicin -.Ams+28I.
;;.9 "ije el control I&!8&>7E 2/ del mdulo I&!8&>7E 2/I aproximadamente a la mitad de
su recorrido.
;5.9 2esconecte el cable de la salida 28H8&7 del mdulo I/1 entonces modifi#ue las
conexione tal como se muestra en la "i$ura .
Figura , /onexiones para anali3ar la restauracin de una se%al di$ital, vea la "i$ura 4
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Estas conexiones pueden ser representadas por el dia$rama de blo#ues de la "i$ura 4. El
comparador, ubicado en el mdulo UTILITIES, se emplea para restaurar la se%al di$ital limitadaen banda.
;A.9 /ompare las se%ales.
;D.9 7entamente $ire completamente en sentido horario en sentido antihorario el control 2/
I17&HE del mdulo I&!8&>7E 2/ observe el efecto.
Figura % , 2ia$rama de blo#ues para anali3ar la restauracin de una se%al di$ital
'REGUNTAS 02-.9 &un#ue la se%al di$ital restaurada es casi idntica a la se%al di$ital ori$inal, existe una
diferencia.
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;F.9 !etorne el control I&!8&>7E 2/ del mdulo I&!8&>7E 2/I aproximadamente a la
mitad de su recorrido.
;G.9 7entamente ha$a ms an$osto el ancho de banda del canal $irando en sentido
antihorario el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS del mdulo B*E&>7E 71?9
&SS "87E!. /onforme realice esto, la diferencia de fase entre las dos se%ales di$itales
se incrementar pero no lo tome en cuenta.
;M.9 7entamente $ire, en sentido horario, el control /B91"" "!E=BE*/N &2OBS delmdulo B*E&>7E 71?9&SS "87E! detn$alo cuando la salida del comparador
sea la misma #ue la se%al di$ital ori$inal (no tome en cuenta el desfasamiento).
5-.9 /ompare la se%al di$ital restaurada con la se%al di$ital limitada en banda modificando las
conexiones se$n la "i$ura ;.
Figura , /onexiones para verificar la se%al restaurada
'REGUNTAS 05-.9 ara la se%al restaurada correctamente,