curso sistemas control comunicaciones 2011 parte3
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Control y comunicaciones en ATTRANSCRIPT
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GPSGlobal Positioning System)
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Sistemas de Comunicaciones - Medios
Subsistema de Comunicaciones Subsistema de Comunicaciones
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• Frecuencia de operaciónRango de frecuencia en el cual operan los equipos de comunicaciones
• KHz (PLC)
• MHz (VHF)
• GHz (Microondas – F.O.)
• Ancho de Banda (B)Rango de frecuencias, medido en Hertz, en el cual se concentra la mayor parte de la potencia de
la señal
• 4 kHz (APLC)
• 8kHz/16 kHz/32 kHz (DPLC)• 2 MHz (Microondas-F.O.)•10 MHz (Microondas-F.O.)
•100 MHz (Microondas-F.O.)
•1 GHz (F.O.)• 10 GHz (F.O.)
• Ancho de Banda (Digital) Cantidad de bits que se pueden transmitir en una unidad de tiempo
64 Kbps, implica que puede enviar 64.000 bits por seg.
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TopologíasConfiguración o forma de conexión (conectividad física )
Bus
Estrella
Punto a Punto
Equipo A
(Dispositivo)
Equipo B
(Dispositivo)
Enlace de Comunicación
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Topologías (continuación)
Arbol
Anillo
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ModulaciModulacióónn
Se denomina modulación al proceso de colocar la informacióncontenida en una señal, generalmente de baja frecuencia, sobreuna señal de alta frecuencia
Debido a este proceso la señal de alta frecuencia denominadaportadora, sufrirá la modificación de alguno de sus parámetros
A la señal resultante de este proceso se la denomina señal
modulada y la misma es la señal que se transmite.
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Modulaci Modulaci ó ó n Digital n Digital
• Modulación de una portadora analógica por una señal digital (Shift
Keying)
•• Amplitud Shift Keying (ASK) - Modulación por desplazamiento de amplitud
• Frecuency Shift Keying (FSK) - Modulación por desplazamiento de frecuencia• Phase Shift Keying (PSK) - Modulación por desplazamiento de fase
• Modulación de una portadora constituida por una secuenciaperiódica de pulsos (tren de pulsos) por una señal analógica
•Pulse Amplitud Modulation (PAM)• Pulse Density Modulation (PDM)
• Pulse Width Modulation (PWM)• Pulse Position Modulation (PPM)
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Modulación digital – FSK
FSK - Frequency Shift Keying(Desplazamiento de Frecuencia)
• Se modulafrecuencia
• Baja eficiencia de
ancho de banda
Mark"0"
Space"1"
fmarkfspace
frequency time
time
0 1 0 1 1 10 0
T
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Frequency Shift Keying (FSK) Frequency Shift Keying (FSK)
Portadora
Señal Moduladora
Señal Modulada
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PortadoraPortadoraParParáámetrosmetros
variablesvariables ANALOGICAANALOGICA DIGITALDIGITAL
SeSeññal Moduladoraal Moduladora
ANALOGICAANALOGICA
DIGITALDIGITAL
AmplitudAmplitud
FrecuenciaFrecuencia
FaseFase
AmplitudAmplitud
PosiciPosicióónn
DuraciDuracióónn
AMAM
FMFM
PMPM
PAMPAM
PPMPPM
PDMPDM
ASKASK
FSKFSK
PSKPSK
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Pulse Amplitud Modulation
Pulse Density Modulation(Pulse Width Modulation)
Pulse Position Modulation
Modulación de una portadora constituida por una secuencia periódica de pulsos (tren de pulsos) por una señal analógica
Portadora
Señal Moduladora
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Modulación DigitalTécnicas
ASKSolamente se varía la amplitud para representar un 1 ó un 0 binario.
FSKSolamente se varía la frecuencia para representar un 1 ó un 0 binario.
PSKSolamente se varía la fase para representar un 1 ó un 0 binario
QAMSe varía la amplitud y la fase para representar una señal
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Modulación Digital
Amplitud Shift Keying
ASK FSK PSK
QAM
Frequency Shift Keying Phase Shift Keying
Quadrature Amplitud Modulation
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Modulación digital
3 Ejemplos:
• FSK (Frequency Shift Keying)
– Baja eficiencia de ancho de banda
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
– Eficiencia de ancho de banda más elevada
– Muy utilizada en Radioenlaces Digitales, DPLC
• MCM (Multi-Carrier Modulation)
– La más alta eficiencia de ancho de banda
– Robusto contra alteraciones en el canal
– Utilizada en DPLC
C om pl e
j i d a d
E f i ci en ci a
d eA B
+
_
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Constelaci Constelaci ó ó nn ó ó Diagrama de Constelaci Diagrama de Constelaci ó ó n n
• Es una representación geométrica de señales en un espacio de ndimensiones, en donde se visualizan todos los símbolos de salida
posibles que puede generar un modulador
• Muestra la señal como un diagrama en dos dimensiones
• Representa los posibles símbolos que pueden ser seleccionados porun dado esquema de modulación como puntos en el plano complejo
• Los puntos representan vectores en el plano I/Q
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Modulaci Modulaci ó ó n Digital n Digital
Plano I/Q (Constelación I-Q)
Constelaci Constelaci ó ó n: una serie de puntos discretos en el plano I/Q n: una serie de puntos discretos en el plano I/Q
Representación rectangular del diagrama polar
I
Q
Valor de Q
Valor de I
I: en faseQ: en cuadratura
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Constelación o Diagrama de Estado de Fase
01
Bit Fase
00
01
0°
90°
10
11
180°
270°
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Constelación o Diagrama de Estado de Fase
Bit Fase
00
01
0°
90°
10
11
180°
270°
00
01
10
11
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Bit Fase
000 0°
90°010
180°100
001 45°
011 135°
101 225°
270°110111 315°
100 000
001
010
011
101
110
111
Modulación
Constelación - Diagrama de Estado de Fase
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Modulación(continuación)
101
000
001
010
011
100
110
111
8 – QAM2 amplitudes, 4 fases
4 – QAM1 amplitud, 4 fases
11
0001
10
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Modulación QAM (Quadrature Amplitud Modulation)
00 Acos w0t + Asenw0t
01 Acos w0t - Asenw0t
10 -Acos w0t + Asenw0t
11 -Acos w0t - Asenw0t11
0001
10
4 – QAM1 amplitud, 4 fases
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Modulación digital - QAM
QAM - Quadrature Amplitude Modulation(Modulación en Amplitud por Cuadratura)
time
0 1 0 1 1 10 0
T
• Se modulaamplitud y fase
• Los bloques debits se transmiten
como unasenoide con unacierta amplitud yfase
s t A t t t ( ) ( )* ( ( ))= +sin ϕ
Signal space Time space
T 2T
T = signaling interval = 1 baud
I
Q
time
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Modulación digital – MCM (OFDM)
MCM - Multi Carrier Modulation(Modulación por Multiportadoras)
• Se modulanmuchasportadoras-QAM
• Los bloques de
datos se mapeansobre lasportadoras- QAMindividuales
SNR
f
time
Cada portadora QAM es modulada
time
0 1 0 1 1 10 0 0 1 0 1 1 10 0
Bloques de información son mapeados en diferentes portadoras QAM
100 108
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Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)
Esquema de modulación digital que utiliza un gran número de sub-portadoras ortogonales muy poco separadas entre sí
Cada sub-portadora es modulada con un esquema de modulaciónconvencional, tal como QAM a una velocidad de símbolo baja
En la práctica las señales OFDM se generan utilizando un algoritmode Transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform)
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Proyección de una señal en fase y una señal en cuadratura en la constelación I-Q
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En una representación I-Q, cada señal que se mapea en una constelación tendráasociada una posición precisa, un punto de coordenadas (I,Q)
Es con base en esta posición que los equipos receptores pueden determinar quéseñal se transmitió. Para ello, cada señal mapeada en la constelación tieneasociada una "región de decisión“
Sin embargo, conforme una señal se propaga a través del canal de comunicación,ésta se verá afectada por ruido, provocando una modificación en la posición de
los símbolos mapeados en la constelación
Cuando uno de estos símbolos se ubica más allá de la "región de decisión" que lecorresponde, éste se confundirá con alguno de los símbolos adyacentes y, enconsecuencia, provocará un error de bits
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Secuencia Binaria 0010110
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Ejemplos de Constelaciones QAM
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ModulaciModulacióónn ConstelaciConstelacióónn BW CanalBW Canal EficienciaEficiencia
44--QAMQAM
1616--QAMQAM
6464--QAMQAM
Rb/2 Hz
RRbb/4 Hz/4 Hz
RRbb/8 Hz/8 Hz
2 Bit/s/Hz2 Bit/s/Hz
4 Bit/s/Hz4 Bit/s/Hz
8 Bit/s/Hz8 Bit/s/Hz
Referencias:
BW: Ancho de BandaRb: Bit Rate
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Probabilidad de error en los bits, relacionada con la distancia entrepuntos cercanos (Interferencia ínter símbolos)
Errores
RegiRegióón de decisin de decisióónn
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1616--QAMQAM
16-QAM permite contar con 16 estados diferentes, que estarándeterminados por el número de símbolos mapeados en su constelacióncorrespondiente
Debido a que 16 = 24, cada uno de estos símbolos puede representarse
mediante cuatro bits, dos de ellos correspondientes a la componente "encuadratura" (portadora desfasada), y los dos restantes, correspondientes ala componente "en fase" (portadora con fase cero) de la señal
Dado que existen dos componentes, cada una representada por dos bits en
16-QAM, es posible transmitir 4 posibles niveles de amplitud para cadacomponente, lo que supone que, por el efecto de la cuadratura, puedentransmitirse 16
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DPLCDPLC
Capacidad de transmisión de datos: 64 Kbps a 256 Kbps
Ancho de Banda: 16 kHz a 32 kHz
Modulación: QAM (Codificación Trellis); MCM (OFDM)
Interfaces: RS 232; V.35; G703
Multiplexor