Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Elctrica

IE 0502 Proyecto Elctrico

Diseo e implementacin de un dispositivo transmisor y receptor para la comunicacin de dos computadoras por medio de radio frecuencia por modulacin FSK

Por: Jos David Rojas Fernndez

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 2006

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Diseo e implementacin de un dispositivo transmisor y receptor para la comunicacin de dos computadoras por medio de radio frecuencia por modulacin FSK

Por:

Jos David Rojas Fernndez

Sometido a la Escuela de Ingeniera Elctrica de la Facultad de Ingeniera

de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de:

BACHILLER EN INGENIERA ELCTRICA

Aprobado por el Tribunal:

_________________________________

Ing. Peter Zeledn Mndez

Profesor Gua

_________________________________ _________________________________

Ing. Vctor H. Chacn Prendas, MSc Ing. Moiss Salazar Parrales

Profesor lector Lector

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DEDICATORIA

A mis padres, porque sin ellos no hubiera podido llegar hasta aqu.

Gracias por todo.

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RECONOCIMIENTOS

Un agradecimiento a los profesores Nicols Vaquerano, Guillermo Rivero y Jorge Romero por

la ayuda brindada en este proyecto y especialmente a Pilar Zuiga Alfaro del Centro de Asesora

Estudiantil de Ingeniera, por toda la ayuda brindada a mi persona.

Gracias tambin a mis compaeros Octavio Cruz y Aaron Picado por todo el apoyo durante la

realizacin del proyecto.

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NDICE GENERAL NDICE DE FIGURAS......................................................................................................................................VII

NDICE DE TABLAS......................................................................................................................................... IX

NOMENCLATURA..............................................................................................................................................X

RESUMEN..........................................................................................................................................................XII

CAPTULO 1: INTRODUCCIN .......................................................................................................................1 1.1 OBJETIVOS ......................................................................................................................................................... 3

1.1.1 Objetivo general........................................................................................................................................ 3

1.1.2 Objetivos especficos ................................................................................................................................. 3

1.2 METODOLOGA .................................................................................................................................................. 4

CAPTULO 2: DESARROLLO TERICO........................................................................................................7 2.1 MODULACIN .................................................................................................................................................... 7

2.1.1 Representacin Rectangular (Formato I/Q)............................................................................................ 11

2.1.2 PSK (Phase Shift Keying)........................................................................................................................ 14

2.1.3 BPSK (Bi-Phase Shift Keying)................................................................................................................. 14

2.1.4 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ................................................................................................. 15

2.1.5 8PSK (Eight State Shift Keying) .............................................................................................................. 16

2.1.6 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)............................................................................................. 16

2.2 MODULACIN FSK .......................................................................................................................................... 17

2.2.1 Parmetros de las seales FSK............................................................................................................... 18

2.2.2 Anlisis Espectral de la Modulacin FSK............................................................................................... 21

2.3 EL PUERTO RS-232 .......................................................................................................................................... 26

2.3.1 Hardware ................................................................................................................................................ 28

2.3.2 Representacin de la informacin con el puerto serial RS-232 .............................................................. 31

2.3.3 Protocolos de Control de Informacin.................................................................................................... 33

2.3.4 Comunicacin de dos dispositivos mediante mdem, utilizando el puerto RS232 ................................. 38

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CAPTULO 3: ESQUEMAS DE IMPLEMENTACIN DE MODULADORES Y RECEPTORES FSK..40 3.1 IMPLEMENTACIN DEL MODULADOR............................................................................................................... 40

3.1.1 Osciladores LC........................................................................................................................................ 41

3.1.2 Osciladores de Cristal............................................................................................................................. 42

3.1.3 Moduladores basados en PLL, VCO y cristales osciladores................................................................... 48

3.1.4 Modulador FSK con una entrada TTL compatible.................................................................................. 50

3.2 IMPLEMENTACIN DEL RECEPTOR FSK ........................................................................................................... 52

3.2.1 Receptores Super-Regenerativos............................................................................................................. 52

3.2.2 Receptores Super-Heterodinos................................................................................................................ 53

3.2.3 Mixers...................................................................................................................................................... 57

CAPTULO 4: DISEO DEL SISTEMA ..........................................................................................................62 4.1 DIAGRAMA GENERAL DEL SISTEMA DE COMUNICACIN ................................................................................. 63

4.2 DISEO DE LOS MODULADORES....................................................................................................................... 68

4.2.1 Mtodo de Diseo.................................................................................................................................... 70

4.2.2 Prueba de laboratorio ............................................................................................................................. 73

4.3 DISEO DEL DEMODULADOR ........................................................................................................................... 76

4.3.1 Diseo del LM565 ................................................................................................................................... 77

4.4 PROGRAMA DESARROLLADO PARA LA COMUNICACIN SERIAL ...................................................................... 84

4.5 DISEO DEL SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS .................................................................................................. 89

4.6 ALTERNATIVA UTILIZADA EN EL TRANSMISOR................................................................................................. 93

4.6.1 Pruebas de laboratorio ........................................................................................................................... 96

CAPTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.....................................................................101

BIBLIOGRAFA................................................................................................................................................105

APNDICES.......................................................................................................................................................107

ANEXOS.............................................................................................................................................................111

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NDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Esquema de la Metodologa del Proyecto ........................................................................................ 6 Figura 2.1 Sistema General de Modulacin........................................................................................................ 8 Figura 2.2 Formas de onda tpicas en el dominio del tiempo de diferentes tipos de modulacin................... 10 Figura 2.3: Representacin de los tipos de Modulacin, en un diagrama polar................................................ 10 Figura 2.4: Diagrama I/Q.................................................................................................................................. 12 Figura 2.5: Constelacin de 4 puntos................................................................................................................ 12 Figura 2.6: Implementacin de un transmisor utilizando valores de I/Q .......................................................... 13 Figura 2.7: Receptor que utiliza las componentes Q e I.................................................................................... 14 Figura 2.8: Modulacin BPSK.......................................................................................................................... 15 Figura 2.9: Modulacin QPSK ......................................................................................................................... 15 Figura 2.10: Constelacin de la modulacin 8PSK .......................................................................................... 16 Figura 2.11: Constelacin de la modulacin 32QAM ...................................................................................... 17 Figura 2.12: Seal FSK en el dominio del Tiempo........................................................................................... 17 Figura 2.13: Parmetros de las seales FSK ..................................................................................................... 18 Figura 2.14: Seales Sincrnicas y Asincrnicas. ............................................................................................ 20 Figura 2.15: Espectro de Frecuencia de una seal FM de ancho de banda limitado........................................ 23 Figura 2.16: Espectro en Frecuencia de una seal FM de banda no limitada ................................................... 25 Figura 2.17: Ancho de Banda de varias seales FM en funcin de m .............................................................. 26 Figura 2.18 DTE y DCE en comunicaciones seriales ....................................................................................... 28 Figura 2.19: Valores Lgicos en el estndar RS232 ......................................................................................... 28 Figura 2.20: Disposicin de pines para el DB25 y el DB9 Machos................................................................. 30 Figura 2.21 Paquete de bits en la comunicacin serial ..................................................................................... 32 Figura 2.22 Conexin Null Modem con Full-Handshaking.............................................................................. 35 Figura 2.23 Conexin Null Modem sin Handshaking ...................................................................................... 36 Figura 2.24: Comunicacin de dos computadoras utilizando mdems............................................................. 39 Figura 3.1 Esquema general de un Oscilador ................................................................................................... 42 Figura 3.2 Diagrama de un Cristal de Cuarzo................................................................................................... 43 Figura 3.3: Circuito Equivalente del Cristal de Cuarzo .................................................................................... 43 Figura 3.4: Caracterstica del Oscilador de Cristal ........................................................................................... 44 Figura 3.5 Osciladores sintonizados ................................................................................................................. 47 Figura 3.6 Oscilador Colpitts con Cristal.......................................................................................................... 48

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Figura 3.7: Esquema de un modulador basado en PLL, VCO y un cristal de oscilacin.................................. 49 Figura 3.8: Modulador FSK con una seal de entrada TTL compatible ........................................................... 51 Figura 3.9: Receptor Superheterodino .............................................................................................................. 53 Figura 3.10: Diagrama De un receptor super-heterodino, simplificado............................................................ 54 Figura 3.11: Cancelacin de Frecuencia Imagen .............................................................................................. 55 Figura 3.12: MAX1471.................................................................................................................................... 56 Figura 3.13: Demodulador FSK del MAX1471................................................................................................ 57 Figura 3.14 Single Ended Diode Mixer ............................................................................................................ 57 Figura 3.15: Single-Balanced Diode Mixers..................................................................................................... 58 Figura 3.16: Espectro del Single-Ended Diode Mixers .................................................................................... 59 Figura 3.17: Circuito utilizado para la simulacin del Single-Balanced Diode Mixer ..................................... 60 Figura 3.18: Seales del Single-Balanced Diode mixer.................................................................................... 60 Figura 3.19: Espectro de la seal de salida del Single-Balanced Diode Mixer................................................. 60 Figura 3.20: Double-Balanced Diode Mixer y su espectro de frecuencia........................................................ 61 Figura 4.1 Diagrama de Bloques del Sistema General...................................................................................... 63 Figura 4.2 Circuito Modulador ......................................................................................................................... 69 Figura 4.3 Diseo del modulador de la computadora 1 .................................................................................... 72 Figura 4.4 Diseo del Modulador de la computadora 2.................................................................................... 72 Figura 4.5 Prueba de Laboratorio del modulador 30/50kHz............................................................................. 74 Figura 4.6 Prueba de Laboratorio del modulador 70/90kHz............................................................................. 75 Figura 4.7 mbito de Captura y de Seguimiento del PLL................................................................................ 78 Figura 4.8 Demodulador 30/50kHz basado en el LM565 y el LM311 ............................................................. 79 Figura 4.9: Demodulacin de la seal de frecuencia alta.................................................................................. 81 Figura 4.10: Voltaje a la entrada del comparador, cuando se transmite un 1.................................................... 82 Figura 4.11: Voltaje a la entrada del comparador al enviar un 0 ...................................................................... 82 Figura 4.12 Prototipo del mdem ..................................................................................................................... 83 Figura 4.13 Detalle del cable serial utilizado en el prototipo............................................................................ 84 Figura 4.14: Ventana de Inicio del Programa ................................................................................................... 85 Figura 4.15 Cuadro de Configuracin de Puerto .............................................................................................. 87 Figura 4.16 Diagrama de Bloques del MC145152-2 ........................................................................................ 89 Figura 4.17: VCO Clapp-Gouriet ..................................................................................................................... 92 Figura 4.18: Respuesta en Frecuencia del Filtro............................................................................................... 95 Figura 4.19: Circuito Filtro ............................................................................................................................... 96 Figura 4.20: 1) Seal enviada 2) Seal recibida al enviar un cero.................................................................... 97

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Figura 4.21: 1) Seal enviada, 2) Seal recibida despus del filtrado .............................................................. 97 Figura 4.22: Envo de ceros mal recibido. 1) Seal remodulada 2) Seal recibida luego de filtrada................ 98 Figura 4.23: Voltaje a la entrada del comparador. Error en el envo de ceros .................................................. 99 Figura 4.24: Error en el envo de unos............................................................................................................ 100 Figura 4.25: Error en el envo de unos. 1) Seal demodulada 2) Seal recibida y filtrada............................. 100

NDICE DE TABLAS

Tabla 2-1: Conexin Null-Modem con Full Handsahaking....................................................................................... 35 Tabla 2-2: Conexin Null Modem sin Handshaking ................................................................................................. 36 Tabla 2-3: Null modem with Loop Back Handshaking ............................................................................................. 37 Tabla 3-1 Tipo de Oscilador, de acuerdo con el circuito sintonizado........................................................................ 47 Tabla 4-1: Equipo utilizado en el laboratorio ............................................................................................................ 68 Tabla 4-2 Datos Tomados para la prueba del modulador 1 ....................................................................................... 74 Tabla 4-3 Datos Tomados para la prueba del modulador 2 ....................................................................................... 75 Tabla 4-4 Canales del Sintetizador ............................................................................................................................ 91 Tabla 4-5: Valores de los componentes del VCO...................................................................................................... 93

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NOMENCLATURA

FM Frequency Modulation (Frecuencia Modulada) Tcnica de Modulacin en la que se vara la frecuencia de una seal de manera que la informacin enviada se pueda recuperar al detectar estos cambios.

AM Amplitude Modulation (Modulacin de Amplitud) Tcnica de modulacin que enva informacin en una seal, variando la amplitud de esta.

FSK Frequency Shift Keying. (Modulacin por Cambio de Frecuencia) Tipo de modulacin digital que cambia la frecuencia de la portadora entre dos valores preestablecidos, de acuerdo con el valor de la moduladora.

ASK Amplitude Shift Keying (Modulacin por Cambio de Amplitud) Tipo de modulacin digital que cambia la amplitud de la portadora entre dos valores preestablecidos, de acuerdo con el valor de la moduladora.

PSK Phase Shift Keying. (Modulacin por Cambio de Fase) Modulacin que utiliza cambios en la fase de una seal para transmitir la informacin requerida.

BPSK Bi- Phase Shift Keying. Tipo de modulacin PSK que utiliza slo dos fases para representar la informacin.

QPSK Quadrature Phase Shift Keying (Modulacin por cambio de Fase en Cuadratura) Modulacin PSK en el que se codifican 2 bits a la vez con una sola fase. Por este motivo, se utilizan cuatro distintas fases separadas 90 una de otra.

QAM Quadrature Amplitude Modulation. (Modulacin por amplitud en cuadratura) Tipo de modulacin que hace uso tanto de la modulacin de amplitud como de la modulacin por fase.

RS-232 Estndar que define las caractersticas fsicas del puerto serial de las computadoras.

DCE Data Communications Equipment. (Equipo de Comunicacin de Datos) En el estndar RS-232, se dice del dispositivo central de comunicaciones que enva su informacin por medio del pin de transmisin (Tx). Por lo general corresponde a la computadora.

DTE Data Terminal Equipment. (Equipo Terminal de Datos) Se dice del equipo que recibe la informacin, es decir, que recibe la informacin por medio del pin de transmisin. Por lo general corresponde a los perifricos.

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PLL Phase Lock Loop. (Lazo de Enganche de Fase) Lazo de realimentacin electrnico que controla un oscilador controlado por voltaje, de acuerdo con la diferencia de fases entre una seal que se intenta seguir y la seal producida por el oscilador controlado por voltaje.

VCO Oscilador Controlado por Voltaje.

FI Frecuencia Intermedia. En un receptor superheterodino, se dice de la frecuencia que se toma despus de la etapa de mezcla. Por lo general es una frecuencia de 455kHz para equipos AM y de 10,7MHz para equipos FM.

RF Radio Frecuencia.

LO Local Oscilator. (Oscilador Local) En sistemas heterodinos, se dice de la frecuencia de referencia que se utilizar para bajar la frecuencia de la seal RF.

TTL Transistor-Transistor Logic (Lgica de Transitor-Transistor) Estndar que se utiliza en los circuitos digitales en el que un uno binario se toma como un voltaje aproximado a los 5V y un cero como un voltaje cercano a los 0V.

CMOS Complementary MOS (MOS Complementario) Familia tecnolgica con la que se construyen los dispositivos digitales actuales y que consisten en la utilizacin de transistores de Metal-xido Semiconductor de Efecto de Campo (MOSFET) complementarios (de canal n y de canal p) para producir los valores lgicos.

xii

RESUMEN

El objetivo general de este proyecto fue disear un dispositivo transmisor y receptor para la

comunicacin de dos computadoras por medio de radiofrecuencia. El trabajo fue dividido en dos partes:

investigacin terica y desarrollo prctico en el laboratorio. Dentro de la primera parte, se puede

encontrar una investigacin sobre los principales mtodos de modulacin, as como algunas topologas

de implementacin. En la segunda parte se presentan los mtodos de diseo y las pruebas en el

laboratorio de los circuitos diseados, as como un resumen del programa escrito para la comunicacin

serial entre las computadoras.

Durante el proceso de construccin de los circuitos se presentaron una serie de problemas que

provocaron un desvo en los objetivos especficos planteados originalmente, por lo que se busc una

alternativa para lograr la comunicacin por radiofrecuencia entre las computadoras, fue conseguida al

final con algunas limitaciones.

Se logr concluir que utilizar la modulacin FSK para el modulador-demodulador diseado fue acertado,

puesto que permite lograr excelentes resultados, con una implementacin no muy complicada. De igual

manera, se lleg a la conclusin que la utilizacin de un PLL junto con un comparador a manera de

demodulador es una solucin excelente para detectar la informacin enviada incluso a velocidades

mayores de los 9600bps.

Se recomienda sin embargo, que para futuros proyectos relacionados con ste, el circuito se realice

directamente en una tarjeta impresa, puesto que se durante el proceso de construccin del circuito en la

tabla de pruebas, se logr constatar que a frecuencias en el mbito de los megahertz, se producen

distorsiones en la seales, lo que produce que este medio no sea el adecuado para este los circuitos de

radiofrecuencia.

1

CAPTULO 1: Introduccin

Una de las revoluciones ms importantes que ha desarrollado el ser humano, es las

telecomunicaciones. Y dentro de las telecomunicaciones, las inalmbricas han ganado gran

popularidad en las ltimas dcadas, basta con notar el crecimiento del mercado de los telfonos

mviles y los dispositivos inalmbricos basados en estndares como el Bluetooth o el WiFi,

para darse cuenta de la importancia de este tipo de comunicacin. Desde el descubrimiento

terico de las ondas electromagnticas desarrollado por Hertz e implementado a gran escala por

Marconi, la evolucin de las telecomunicaciones ha tenido una tendencia creciente hasta

nuestros das hasta convertirse en un medio indispensable.

Como proyecto de graduacin, el profesor gua plante al autor, la inquietud de disear

un sistema de radiofrecuencia capaz de enlazar dos computadoras por medio del puerto serial,

de manera que se pueda tener claro conocimiento de lo que est sucediendo en el momento de la

comunicacin.

El desarrollo de este proyecto conlleva varias situaciones que deben ser resueltas. Por

ejemplo, la frecuencia con que se desea enlazar las computadoras no permite el uso de

dispositivos comunes, como por ejemplo, amplificadores operacionales, puesto que estos

atenuaran la seal, haciendo que su uso sea imposible. Se requiere entonces de los dispositivos

especialmente diseados para el rango de radio frecuencias que se encuentren a disposicin.

2

Otro punto importante es la modulacin que se utilizar; en este caso, se eligi la

modulacin FSK, que, aunque ms compleja, permite un mejor rechazo al ruido, puesto que,

como es sabido, el ruido se modula por amplitud.

La conexin de la computadora al sistema tambin implica otros problemas.

Histricamente, el estndar del puerto serial (RS-232) tiene unos valores de voltajes diferentes

al estndar TTL o CMOS. Para el puerto serial, un uno lgico se representa por medio de un

voltaje comprendido entre los -3 y los -12V, mientras que un cero lgico se representa por

medio de un voltaje entre los +3 y los +12V. Tambin existe una diferencia entre la codificacin

de las seales digitales de la computadora y la que se utiliza en los circuitos integrados

disponibles comercialmente para la transmisin. De acuerdo con la investigacin realizada, los

integrados utilizan la codificacin Manchester que simboliza los valores lgicos no con niveles

de voltaje, sino ms bien con transiciones o flancos, que permite mantener un nivel DC

constante, lo que es requerido para estos integrados. Esta situacin nos indica que un subsistema

traductor de seales TTL a Manchester debe ser utilizado si se requiere utilizar estos

dispositivos.

Una vez vencidos estos obstculos, el sistema de comunicaciones estar tericamente

completo y permitir el enlace de las computadoras, tal y como se desea en este proyecto.

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1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo general

Disear de un dispositivo transmisor y receptor para la comunicacin de dos computadoras por

medio de radiofrecuencia.

1.1.2 Objetivos especficos

Investigar sobre los diferentes tipos de comunicacin por medio de radiofrecuencia.

Investigar sobre diferentes esquemas o topologas para transmisores y receptores de radio frecuencia.

Investigar sobre el funcionamiento y diseo de antenas e implementar una que sirva de enlace entre el emisor y el receptor.

Investigar sobre los protocolos de comunicacin serial de las computadoras.

Investigar sobre el estndar de comunicacin RS-232.

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1.2 Metodologa

La realizacin del proyecto abarca cinco etapas sucesivas:

1. Investigacin Terica

Esta parte comprende la obtencin de los conocimientos necesarios para la realizacin

del proyecto, lo que constituir luego el marco terico del mismo. De los objetivos

especficos planteados, se desprende el sentido dual del proyecto (terico-prctico), as,

a cada objetivo de investigacin le sigue una etapa de implementacin, lo que establece

desde el principio que el fin del proyecto es la obtencin de un prototipo del sistema.

Dado esto, la investigacin se debe realizar en estos dos sentidos, es decir, al mismo

tiempo que se analizan las cuestiones tericas se deben investigar configuraciones y

componentes que se puedan utilizar para la implementacin del mismo.

2. Diseo del Modulador y Demodulador

El primer paso en el diseo consiste en la conversin de los datos digitales de la

computadora a frecuencias de audio. Para ello se utiliz la modulacin FSK, que permite

obtener excelentes resultados, sin tener un nivel de complejidad tan alto. Para el

demodulador se probaron dos esquemas distintos de implementacin, decidindose al

final por la demodulacin con PLL, que permiti velocidades de transmisin mayores.

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3. Diseo de la Etapa de Radiofrecuencia

La siguiente etapa corresponde al diseo e implementacin del Transmisor, que

corresponde a una etapa de conversin en el nivel de frecuencia, desde niveles de audio

hasta seales con valores de frecuencia en lo Megahertz. Sin embargo, por problemas

con los elementos inductivos y con la adquisicin de equipos en el mercado local, se

debi buscar una salida alternativa para resolver el problema.

4. Pruebas al Sistema Completo

Esta etapa la constituyen las pruebas de laboratorio realizadas al sistema completo. Las

capturas y los principales resultados se presentan en la seccin de diseo del sistema.

El siguiente diagrama sintetiza la metodologa seguida en el proyecto.

6

Figura 1.1 Esquema de la Metodologa del Proyecto

7

CAPTULO 2: Desarrollo terico

2.1 Modulacin

Parte de esta seccin fue adaptada de [8].

En los sistemas de comunicacin, la informacin que se desea transmitir generalmente no se

encuentra en una forma transmisible por el canal con que se cuenta. Por ejemplo, se podra

intentar enviar una seal proveniente de un micrfono por una antena sin provocarle ningn tipo

de cambio, pero debido a las caractersticas de la seal de origen (como su espectro de

frecuencia o amplitud) y del canal es posible que gran parte de la informacin contenida en la

seal se pierda en el proceso.

Otro caso es la transmisin de datos digitales a travs de algn canal. Si pensamos las seales

digitales como formas de onda cuadradas, durante la transmisin de los datos es muy posible

que los armnicos de alta frecuencia de este tipo de seales, se pierdan en el medio, provocando

que la seal pueda llegar a ser incluso indescifrable por el receptor.

Una razn para modular seales es poder enviar diferente informacin que tiene la misma

frecuencia (por ejemplo, una transmisin de voz) a travs del mismo canal sin que haya

interferencia, pues si se enva una seal con una frecuencia diferente a todas las dems seales

que se encuentran en un mismo canal, es posible luego tomar slo la seal deseada con poca o

ninguna interferencia producida por el resto de las seales. A esta caracterstica se le llama

multiplexacin en frecuencia.

De igual manera, se modulan las seales para poder enviar la informacin a frecuencias que

permitan el uso de antenas pequeas. Como se sabe, conforme la frecuencia de una onda

electromagntica aumenta, su longitud de onda disminuye, permitiendo as que con antenas ms

8

pequeas, se logre enviar la informacin deseada sin necesidad de antenas del tamao

correspondiente a la frecuencia de la seal de origen.

En estos casos, lo que se hace es transmitir la informacin mediante seales ms acordes con el

medio de transmisin. Al proceso de cambiar las propiedades de una seal para poder enviar

informacin codificada en la seal que se est enviando, se le denomina modulacin. En la

Figura 2.1, se muestra a grandes rasgos la idea de estos sistemas

Sistema Modulador

Seal Portadora

Seal Moduladora

Seal Modulada

Figura 2.1 Sistema General de Modulacin

La idea del sistema modulador es cambiar alguna propiedad de una seal portadora de manera

que la informacin contenida de la seal moduladora se vea reflejada en la seal portadora para

transformarla en la seal modulada.

En la Figura 2.1, por ejemplo, la propiedad de la seal portadora que se est cambiando es la

frecuencia. Si la seal moduladora tiene un valor alto, la frecuencia de la seal modulada ser

alta y viceversa. De esta manera, cambiando una de las propiedades de la seal portadora es

posible enviar informacin proveniente de la seal moduladora. Si se logra construir un sistema

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que provoque los cambios en la seal portadora, un mecanismo que permita enviar la seal a

travs del canal (una antena por ejemplo) y un sistema capaz de detectar la seal modulada y los

cambios que en ella ocurren (el receptor), entonces se tendr un sistema de comunicacin

simple.

En general, las tres propiedades de la seal portadora que se suelen manipular a la hora de la

modulacin son la Amplitud, la Frecuencia y la Fase., puesto que cualquier seal senoidal se

puede tomar como

( )0cos)()( += ttAtf (2.1) Por ejemplo en la modulacin de amplitud se encuentran los esquemas de modulacin AM

(Amplitud Modulation), OOK (On-Off Keying) y ASK (Amplitude Shift Keying). Para la

modulacin en frecuencia tenemos FM (Frequency Modulation) y FSK (Frequency Shift

Keying). En el caso de la modulacin de fase se pueden contar BPSK, QPSK. Incluso existen

modulaciones que hacen variar ms de una propiedad a la vez como el QAM. Muchos de estos

esquemas estn pensados para la transmisin de datos Digitales, sin embargo la modulacin FM

y AM, tuvo sus primeras aplicaciones en la transmisin de radio que, al principio, era seales

puramente analgicas. En la Figura 2.2, se muestra la forma de onda en el dominio de tiempo

que se podra encontrar para cada una de las modulaciones.

10

Figura 2.2 Formas de onda tpicas en el dominio del tiempo de diferentes tipos de modulacin. Tomado de

[8]

Los cambios de estas seales tambin se pueden representar en diagramas polares en los que se

mide el cambio en la magnitud, la fase o la frecuencia de la seal. As, las variaciones en el

dominio del tiempo presentadas en la Figura 2.2, tambin se pueden representar en un diagrama

polar de la siguiente manera:

Figura 2.3: Representacin de los tipos de Modulacin, en un diagrama polar. Tomado de [8]

Estos diagramas polares se deben tomar como diagramas fasoriales, puesto que, sin importar el

tipo de modulacin, siempre la seal modulada variar con alguna frecuencia establecida. As la

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modulacin AM se puede tomar como una variacin en la magnitud del fasor. La modulacin de

fase, se ve como un desplazamiento del fasor respecto a alguna fase preestablecida. La

modulacin de frecuencia se refiere ms bien a la velocidad con que se estn completando

vueltas a travs del diagrama.

2.1.1 Representacin Rectangular (Formato I/Q)

Otra manera de representar distintos tipos de modulacin digital es mediante las componentes

rectangulares del diagrama polar presentado anteriormente. Al eje que representa una fase

absoluta de 0 grados se le llama eje I (o componente en fase). Al otro eje se le llama Q

(componente en cuadratura). En la Figura 2.4, se presenta un diagrama de estos ejes.

Este tipo de informacin es muy importante cuando se utiliza modulacin digital con la fase o la

amplitud. Es ms, los valores de Q e I son utilizados directamente en este tipo de modulacin.

Por ejemplo, si se utiliza modulacin de fase, se podra utilizar distintos desfases para

representar diferentes valores de la seal que se desea transmitir. As por ejemplo, se podra

utilizar 4 fases distintas para representar 4 distintos valores de la seal moduladora. Es ms, se

podra utilizar dos desfases y dos amplitudes diferentes para representar los valores de la seal.

Todas estas posibilidades se ven representadas como distintos puntos en el diagrama I/Q. Cada

uno de estos puntos representa un cambio en la magnitud y/o la fase. Al conjunto de todos los

posibles puntos se le denomina constelacin. Por ello, manipulando de alguna manera los

valores que pueden tener Q e I, se podrn cambiar las propiedades de la seal portadora y lograr

as la modulacin. Ms adelante se retomar este tema cuando se traten las distintas

modulaciones. Por ahora, en la Figura 2.5 se muestra un ejemplo de una constelacin de 4

12

puntos y en la Figura 2.6, una posible implementacin de un transmisor de radio variando los

valores de Q e I.

Figura 2.4: Diagrama I/Q. Tomado de [8]

Q

I

Figura 2.5: Constelacin de 4 puntos

La idea del modulador de la Figura 2.6, es crear dos seales ortogonales (separadas por 90) a

partir de un oscilador local y un desfasador de 90.

Un circuito externo, crea dos seales distintas a partir de los valores digitales que se desean

transmitir. Estas seales se llaman Q e I. Una de estas seales es mezclada con la seal del

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oscilador local y la otra con la seal desfasada 90. De esta manera, cambiando los valores de Q

e I se van creando todos los puntos de la constelacin. Luego de la mezcla, ambas seales se

suman para crear la seal compuesta.

Figura 2.6: Implementacin de un transmisor utilizando valores de I/Q

As, si con la implementacin de la Figura 2.6, se quisiera lograr la constelacin de la Figura

2.5, lo que se requerira es que el circuito externo fuera capaz de crear las seales que

representen los valores de Q e I en el plano (en este caso, dos valores para Q y otros dos para I).

El receptor que se presenta en la Figura 2.7 deber descomponer la seal compuesta en sus dos

componentes. La manera que lo hace es mezclando la seal compuesta de manera separada con

una seal proveniente de un oscilador local, logrando separar la seal en sus componentes

ortogonales, tal y como se muestra en la Figura 2.7.

14

Figura 2.7: Receptor que utiliza las componentes Q e I. Tomado de [8]

2.1.2 PSK (Phase Shift Keying)

Como su nombre lo indica, este tipo de modulacin cambia la fase de la seal portadora de

acuerdo con el valor de la seal moduladora. Dado que este tipo de modulacin es digital, los

valores de la seal moduladora son bits de informacin que deben ser enviados. Puede ser que

con un valor de fase (es decir, con algn valor de Q e I) se puedan enviar uno o ms bits a la

vez.

Por ello, existen diferentes tipos de modulacin PSK. A continuacin se presentan algunas de

stas:

2.1.3 BPSK (Bi-Phase Shift Keying)

Esta es la modulacin PSK ms simple que se puede encontrar, puesto que cada valor de fase

representa un solo bit, es decir, cada smbolo enviado contiene un solo bit de informacin. La

fase puede tomar uno de dos valores a la vez (0 o 180) dependiendo si el bit que se ha enviado

es un 1 o un 0. El diagrama de este tipo de modulacin se presenta en la Figura 2.8.

15

Figura 2.8: Modulacin BPSK. Tomado de [8]

2.1.4 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

En este tipo de modulacin lo que se hace es codificar 2 bits por smbolo, y asignarle a cada

uno, una fase particular, separadas cada una por 90. Generalmente se utilizan los valores 45,

135 -45 y -135 para la asignacin de las fases. Al utilizar estos ngulos, slo sern necesarios

dos valores de Q y dos valores de I, tal y como se muestra en la Figura 2.9

Figura 2.9: Modulacin QPSK. Tomado de [8]

Estos 4 puntos de la constelacin, tienen el mismo valor de magnitud. Puesto que se envan dos

bits por smbolos, este tipo de modulacin es ms eficiente que la BPSK que slo enva un bit

por smbolo.

16

2.1.5 8PSK (Eight State Shift Keying)

Como su nombre lo indica, este tipo de modulacin es una variacin de PSK que tiene 8 estados

(fases) distintos. De esta manera se logra que cada smbolo est conformado por 3 bits de

informacin.

Figura 2.10: Constelacin de la modulacin 8PSK. Tomado de [8]

Las lneas de la Figura 2.10, representan las transiciones posibles de un smbolo a otro de la

constelacin.

2.1.6 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

La modulacin QAM, es una combinacin de la modulacin por amplitud y modulacin de fase.

En el caso de 16QAM, modulacin QAM de 16 estados, por lo que se requieren 4 valores tanto

para Q como para I, es decir Q e I requieren ser codificados con 2 bits cada uno. Existen

aplicaciones de hasta 256QAM, que podra enviar hasta 8 bits por smbolo, pero a este nivel,

cada valor de fase se encuentra muy cercano uno de otro, lo que da pie a mayores errores debido

al ruido y la distorsin. En el caso de 32QAM, se requieren 6 valores distintos para Q y para I,

lo que dara un total de 36 estados. Sin embargo, 36 no es una potencia de 2, por lo que se

eliminan de la constelacin las 4 esquinas que consumiran ms potencia para transmitirse. Esta

constelacin se presenta en la Figura 2.11.

17

Figura 2.11: Constelacin de la modulacin 32QAM. Tomado de [8]

2.2 Modulacin FSK

La modulacin FSK es un tipo de modulacin digital que cambia la frecuencia de la portadora

entre dos valores preestablecidos, de acuerdo con el valor de la moduladora. En la Figura 2.12,

se muestra esta modulacin en el dominio del tiempo:

Figura 2.12: Seal FSK en el dominio del Tiempo. Tomado de [13]

De la figura anterior se desprenden dos hechos importantes:

La frecuencia de la portadora cambia de entre 2 frecuencias discretas. Cada una de las frecuencias representa un 1 o un 0. Al valor lgico 1 se le

denomina Marca y se le asigna la frecuencia mayor. Al 0 lgico se le llama espacio y se le asigna la frecuencia menor.

18

2.2.1 Parmetros de las seales FSK

Los parmetros de las seales FSK, se refieren a las mediciones de ciertas caractersticas que

distinguen las seales FSK unas de otras. En la Figura 2.13, se muestran las principales.

Figura 2.13: Parmetros de las seales FSK. Tomado de [13]

De acuerdo con Watson, los parmetros de una seal FSK son duracin del elemento, cambio,

frecuencia central, desviacin y la velocidad en baudios.

Duracin del Elemento (Element Length): Se refiere a la duracin mnima en que deben permanecer estables alguno de los dos valores de frecuencia, es decir, la duracin mnima de un 1 lgico o un 0 lgico. Este valor es variable y depende de la aplicacin en que se est trabajando, valores comunes se encuentran entre los 5 y los 22 milisegundos.

Cambio (Shift): Se refiere a la diferencia entre la frecuencia de la marca y la del espacio. Generalmente el cambio se encuentra entre los 50 y los 1000Hz. Este valor es importante a la hora de disear el hardware de comunicaciones, puesto que los dispositivos que se utilicen deben tener el ancho de banda adecuado para poder captar ambas frecuencias.

Frecuencia Central (Central Frequency): Es la frecuencia promedio entre la frecuencia de la marca y del espacio, en otras palabras, es la frecuencia que se encuentra a medio camino entre ambos extremos. Esta es la frecuencia nominal de la seal, por lo que al decir que la frecuencia de una seal FSK es de 850MHz,

19

lo que en realidad se quiere decir es que la frecuencia central de la seal es 850MHz.

Desviacin (Deviation): Se refiere a la distancia en Hz que hay entre la frecuencia de marca y espacio, a la frecuencia central. Numricamente corresponde a la mitad del Cambio de la seal.

Velocidad en baudios ("Keying Speed"): Se refiere a las veces que una seal puede cambiar en un segundo y es igual al inverso de la Duracin del elemento. Se mide en hertz.

La seal FSK, como cualquier otra seal, puede ser enviada de una manera sincrnica, es decir,

sincronizado con una seal de referencia o reloj; o de manera asincrnica.

Ambos esquemas de codificacin presentan sus respectivos pros y contras. Por ejemplo, con una

codificacin sincrnica se pueden lograr velocidades mayores que con un esquema asincrnico,

pero su implementacin es ms costosa y se requiere resolver el problema del sincronismo entre

el reloj del transmisor y el del receptor.

Las seales asincrnicas obviamente no tienen el problema de sincronizar los relojes de los

sistemas transmisores y receptores, pero se requiere un mtodo de sealizacin para que el

sistema receptor se d cuenta que una transmisin ha dado inicio. Por ello, en las

transmisiones asincrnicas se utilizan una serie de bits de control para manejar el inicio de

una comunicacin, con la ayuda de un protocolo previamente establecido. En la Figura 2.14, se

presentan estos dos tipos de codificaciones.

20

Figura 2.14: Seales Sincrnicas y Asincrnicas. Adaptado de [13]

En las seales sincrnicas los cambios en los bits de la seal se diferencian por uno de los

bordes de la seal de reloj (en el caso de la Figura 2.14, el flanco creciente). En el caso

asincrnico de la Figura 2.14 el protocolo que se sigue es el siguiente:

Cuando no hay transmisin de datos, la seal del emisor se mantiene enganchado en un 1 lgico.

Con llegada de un flanco negativo, se da la seal de desenganche, dando a entender que la transmisin de datos empezar tras r segundos.

Transcurrido este tiempo, se enviarn 5 bits de informacin. El sistema de recepcin deber entonces muestrear la seal cada cierto tiempo, dependiendo de la duracin predefinida de los bits para lograr captar los valores de los cinco bits.

Luego de que se han enviado los 5 bits, se transmite el bit de finalizacin que corresponde a un 1 lgico de una duracin mnima de 1.42 veces la duracin de un bit normal.

Luego el protocolo se repite cada vez que se desee iniciar una comunicacin.

21

2.2.2 Anlisis Espectral de la Modulacin FSK

Este apartado fue adaptado de [9]. Si bien es cierto, los desarrollos siguientes no son derivados

explcitamente para la modulacin FSK, muestran las bases matemticas para la modulacin en

frecuencia (FM) general. Ms adelante se ver que tanto los moduladores de FM como los

demoduladores comparten los mismos principios para FM y FSK.

La expresin usual de una onda senoidal de frecuencia c viene dado por:

( )( ) ( )( )0coscos)( +== tttf c (2.2) Se define la frecuencia instantnea i en radianes como:

dtd

i =

(2.3)

As, la frecuencia instantnea concuerda con el uso ordinario del trmino frecuencia si:

( ) 0 += tt c (2.4) Esto porque la derivada de (2.4) es justamente la frecuencia de la seal senoidal. Por ello si se

logra variar (t) de alguna manera, lograremos tener una modulacin angular, dentro de la cual,

se encuentra la modulacin de frecuencia.

Si se permite que la frecuencia vare con el tiempo de una manera lineal de acuerdo con la seal

moduladora, tenemos que la frecuencia instantnea viene dada por

( ) ( )tfKt c += 2 (2.5) Por ello, a partir de (2.5) y por (2.3)

( ) ( ) ( ) ++== dttfKtdttt c 20 (2.6)

22

De (2.6) se concluye que en la modulacin FM, la fase ((t)) de la seal portadora vara

con la integral de la seal moduladora.

Si se asume que la seal moduladora es un seno de frecuencia fm (caso ms sencillo)

( ) ( )tatf m = cos (2.7) La frecuencia instantnea i, sera

( ) cmpeakci t

23

Para simplificar el anlisis, primero se asume que 2

24

En el caso en que el ndice de modulacin, m, no es pequeo, la aproximacin utilizada

anteriormente no es vlida. De hecho, la aproximacin que se puede utilizar es la siguiente:

( )( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ...4cos22cos2

cos

420 +++=

tmJtmJmJtsenm

mm

m

(2.14)

Y adems

( )( )( ) ( ) ( ) ( ) ....322 31 ++

=tsenmJtsenmJ

tsenmsen

mm

m

(2.15)

Donde Jn(m) es la Funcin de Bessel de n-simo orden del primer tipo. De esta manera, a partir

de (2.12) y tomando en cuenta (2.14) y (2.15) y utilizando la identidad trigonomtrica de sumas

de cosenos.

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )( )[ ]( ) ( )( ) ( )( )[ ]( ) ( )( ) ( )( )[ ]

.... 3cos3cos 2cos2cos

coscoscos)(

3

2

10

+++++

+=

ttmJttmJ

ttmJtmJte

mcmc

mcmc

mcmcc

(2.16)

As que, en el dominio del tiempo, una onda modulada con FM corresponde a la portadora y un

nmero infinito de armnicas, cuyas magnitudes son proporcionales a Jn(m). El espectro en

frecuencia se presenta en la Figura 2.16.

25

Figura 2.16: Espectro en Frecuencia de una seal FM de banda no limitada. Tomado de[9]

Para una deteccin libre de distorsiones de la seal modulada, todos los armnicos deberan ser

enviados () En la prctica, el espectro de una seal FM no es infinita, porque las amplitudes

de los armnicos a partir de cierta frecuencia se vuelven despreciables, dependiendo del valor de

m () As, se puede determinar el ancho de banda requerido contando el nmero de armnicos

significantes[9].

En la Figura 2.17, se puede notar la relacin del ancho de banda con el valor de m. As para

m=0.2, los valores espectrales adicionales al valor de la frecuencia central se encuentran a una

distancia de fm de la frecuencia central, por lo tanto el ancho de banda es dos veces la frecuencia

de la seal moduladora (en caso que esta ltima sea senoidal).

Para el caso m=1, el ancho de banda se vuelve 4 veces el ancho de banda de la seal

moduladora.

26

Figura 2.17: Ancho de Banda de varias seales FM en funcin de m. Tomado de [9]

2.3 El puerto RS-232

Una de los principales usos que se les ha dado a las computadoras es el de medio de

comunicacin e instrumentos de control de procesos. En ambos casos, es necesario que la

computadora pueda interactuar con algn sistema externo, ya sea para transmitir y recibir

rdenes en el caso del control de procesos o datos en el caso de la comunicacin.

27

Dos de los medios de comunicacin ms antiguos con que se cuenta corresponde al puerto

paralelo de la computadora y a los puertos seriales. Ms recientemente, se ha construido nuevos

puertos ms rpidos y con mayor capacidad como el puerto USB, que al final de cuentas

tambin es un puerto serial.

En este apartado, se presentar una breve caracterizacin del puerto serial conocido como

RS232. Esta informacin ser de utilidad cuando se muestre el diseo del sistema que se trata en

este trabajo.

Para efectos de la comunicacin inalmbrica que se desea lograr en este proyecto, el puerto

serial es uno de los ms indicados, puesto que es de los ms sencillos de utilizar y permite el

flujo de la informacin mediante un slo cable. El nombre de RS232, se refiere al estndar que

se utiliza para el puerto, y corresponde a Recommend Standard number 232. Se suele agregar

una letra al final que seala la versin del estndar, la ltima versin del estndar es la versin

F, por lo que se designara como RS232F).

28

2.3.1 Hardware Los dispositivos que se comunican por medio de cables seriales se pueden dividir en dos:

1. Equipo de terminacin de circuito de datos, DCE (data circuit-terminating equipment) que corresponde al perifrico conectado a la computadora.

2. Equipo terminal de datos, DTE (Data Terminal Equipment) que corresponde a la computadora.

Figura 2.18 DTE y DCE en comunicaciones seriales

3. Las especificaciones elctricas del puerto serial son las siguientes: Un cero lgico est representado por un voltaje entre los +5 y los +15 voltios si

se trata de un cero que se est enviando. El cero lgico del receptor est representado por un voltaje entre los +3 y los +15 voltios. Esto da un margen de 2 voltios para compensar la cada de tensin en el cable. A este mbito se le denomina un espacio.

Un uno lgico se representa por un voltaje entre los -5 y lo -15 voltios para el emisor. Para el receptor, el uno lgico estar representado por un voltaje entre los -3 y los -15 voltios. A este mbito de voltaje se le denomina la marca.

Figura 2.19: Valores lgicos en el estndar RS232. Tomado de [17]

La regin entre los -3 y los +3 voltios se toman como una etapa de transicin y

29

por ello representa un valor lgico indeterminado.

Un circuito abierto no debe exceder los 25 voltios con respecto a la tierra. Un cortocircuito no debe superar los 500mA. El estndar especifica que la velocidad de transmisin de datos mxima es de

20000 bauds1.

El slew-rate est limitado por un mximo de 30V/s para evitar interferencia en la lnea (cross-talk).

La impedancia de la interfase entre el emisor y el receptor tambin ha sido definida. La carga vista por el emisor debe estar entre los 3k y los 7k. Originalmente el cable de la conexin entre emisor y receptor estaba restringido a un mximo de 15 metros, sin embargo a partir de la revisin D, en lugar de especificar la longitud mxima del cable se especifica una mxima carga capacitiva de 2500 pF [17]

El estndar especifica un conector de 25 pines con el que se pueden acomodar todas las seales

que se han definido, sin embargo, en la mayora de los casos, no todas estas seales son

necesarias por lo que adems del conector de 25 pines, existe un conector de 9 pines muy

generalizado en las computadoras actuales. En la Figura 2.20 se presenta una grfica de cada

una de las versiones, con el nombre que corresponde los pines ms utilizados. (imgenes

tomadas de[18])

1Los baud se definen como el nmero mximo de cambios de estado por segundo que tiene una seal.

30

RS232 DB25 Macho

RS232 DB9 Macho

1. Shield o tierra de proteccin 2. Transmitted Data (TD) 3. Received Data (RD) 4. Request to Send (RTS) 5. Clear to Send (CTS) 6. Data Set Ready (DSR) 7. Signal Ground Common Reference 8. Data Carrier Detect (DCD) 9. Reservado para pruebas 10. Reservado para pruebas 11. No asignado 12. Sec. Received Line Signal Detect 13. Sec Clear to Send 14. Sec Transmitted Data 15. Transmitter Signal Timing 16. Sec Received Data 17. Receiver Signal Timing 18. Local Loopback 19. Sec Request to Send 20. DTE Ready 21. Remote Loopback 22. Ring Indicator 23. Data Signal Rate Selector 24. Transmitter Signal Timing 25. Test Mode

1. Carrier Detect (DCD) 2. Received Data (RD) 3. Transmitted Data (TD) 4. Data Terminal Ready (DTR) 5. Signal Ground Common Reference 6. Data Set Ready (DSR) 7. Request to Send (RTS) 8. Clear To Send (CTS) 9. Ring Indicator (RI)

Figura 2.20: Disposicin de pines para el DB25 y el DB9 Machos

Pin TD: Pin 2 del DB25 y pin 3 del DB9: En este pin viaja la informacin desde el dispositivo DTE al DCE. Sin embargo, se debe hacer una aclaracin. La nomenclatura de los pines se dispuso desde el punto de vista del DTE, esto es, en el caso que el cable que uniera un dispositivo DTE con uno DCE, fuera uno a uno (pin uno del DTE al pin uno DCE), el DTE enviara los datos por el pin TD y el dispositivo DCE recibira el dato tambin por el pin TD, es decir, el dispositivo DCE, recibe los datos por el pin Transmitted Data. Sin embargo, en algunos casos, los diseadores de sistemas de comunicacin cambian el nombre de los pines para que sean ms fcilmente identificables. Esta lnea se mantiene en un 1 lgico cuando no hay comunicacin entre

31

los dispositivos.

Pin RD: es donde el dispositivo DTE recibe los datos. El dispositivo DCE tambin mantiene un 1 lgico cuando no hay comunicacin.

RTS: Esta es una lnea de control. El dispositivo DTE pone un 1 lgico para indicar que est listo para enviar un dato. Una vez que el DTE ha colocado la marca en este pin, el DCE debe colocar un uno lgico en CTS para poder iniciar la comunicacin.

CTS: El dispositivo DCE pone un 1 lgico para indicarle al DTE que puede recibir un dato.

DTR y DSR: Estas lneas tienen una funcin muy similar a las lneas RTS y CTS. Generalmente se utilizan para confirmar que un dispositivo est conectado y encendido.

DCD: Esta lnea las usan los mdems para sealar que ha hecho una conexin con otro mdem.

Clock Signals: Se refieren a los pines 15, 17 y 24 que se utilizan para comunicaciones sincrnicas. Las seales de reloj no necesariamente necesitan ser iguales.

Pines Secundarios: Los pines 12, 13 y 14, sirven para el manejo de mdems remotos, habilitacin de cambios en la tasa de transmisin durante la comunicacin, retransmisin en caso de que se detecte un error de paridad.

RI (Ring Indicator): Cuando tiene una marca, se indica que una seal de timbrado se est recibiendo en el canal de comunicaciones. Es como la lnea que simulara el timbrado de un telfono cuando alguien recibe una llamada.

2.3.2 Representacin de la informacin con el puerto serial RS-232

El puerto RS-232 es un puerto serial asincrnico. Los bits son enviados uno a uno y su

transmisin puede iniciarse en cualquier momento. El bit stream, es la serie de bits que enva

este puerto cuando se transmite informacin. El esquema de este stream se presenta en la Figura

2.21.

Cuando no hay transmisin de datos, la lnea de transmisin se mantiene en un 1 lgico hasta

que la comunicacin se quiera iniciar. Para sincronizar la informacin, el emisor debe primero

colocar un bit de inicio, que se representa por un bit con valor lgico 0. Cuando se detecta el

32

flanco negativo, el sistema receptor calcula cuando se da la mitad del ciclo del bit de inicio, de

acuerdo con la velocidad de los bits preestablecida entre ambas partes.

Figura 2.21 Paquete de bits en la comunicacin serial

Cuando se ha encontrado la posicin media del bit, el sistema muestrea la lnea cada periodo, de

esta manera se garantiza que se est tomando el valor del bit a la mitad del ciclo, cuando ya se

han estabilizado todos los niveles de voltaje. Esto se repite para la cantidad de bits especificados

que pueden ser cinco, siete u ocho bits, dependiendo de lo que se est enviando y de cmo se

haya definido el sistema de comunicacin.

Al final del paquete de datos, se puede agregar un o ms bits de paridad, que sirven para

chequear si durante la transmisin ha surgido algn error. Por ltimo, se enva el bit o bits de

parada, que representa el mnimo tiempo que toma entre el envo de una cadena de bits y la

siguiente. El bit de parada puede tener una longitud de 1 bit, 1,5 bits o dos bits. Si el bit de

parada tiene una longitud de 1,5, lo que se quiere decir es que la duracin del bit de salida es una

vez y media la longitud de un bit normal. Podra suceder que luego del bit de parada, no se

desee enviar ms informacin, por lo que el canal debe quedar con un valor lgico de 1 de una

manera indefinida hasta que se desee enviar otra serie de bits y se inicie todo el ciclo de nuevo.

1 2 3 4 5 6 7 8

Bit de Inicio

P

Bit(s) de Parada Paridad

33

2.3.3 Protocolos de Control de Informacin

En cualquier comunicacin digital, tanto el emisor como el receptor deben seguir cierto

protocolo, es decir, ciertas reglas que deben ser seguidas para que la comunicacin sea llevada a

cabo con xito. A este protocolo se le suele denominar handshaking, algo as como el

apretn de manos entre las partes comunicantes.

En el estndar RS-232 se especificaron varios bits (o pines) para tal efecto. Sin embargo, el

estndar fue propuesto para comunicar un dispositivo DTE con uno DCE de una manera directa

(es decir, conectando el pin1 del DTE con el pin 1 del DCE y as sucesivamente)

Sin embargo, no siempre se disea para este modelo, sino que, a veces se desea comunicar 2

dispositivos DTE. Otras veces, no se quiere o puede utilizar un cable con tanta cantidad de

cables para el control. Otras veces simplemente no se pueden utilizar estos bits debido al tipo de

proyecto que se tiene. Por esto, se han creado una serie de protocolos que permitan ajustarse a

los que se necesite. A continuacin se presentan los protocolos ms importantes que se ha

implementado con el puerto RS-232.

Control de Flujo por medio de Hardware

Este tipo de handshaking hace uso de los pines del puerto definido para el control de la

informacin.

Como se ha dicho, originalmente, el estndar fue pensado para comunicar un dispositivo DTE

con uno DCE. En este caso, el pin de RTS (request to send) es una salida en el DTE y una

entrada en el DCE. El bit de respuesta sera el CTS que, al contrario de RTS, es una entrada en

DTE y un salida en DCE.

34

Cuando se desea enviar un dato, el DTE pone un 1 en RTS para preguntar si se puede enviar. El

DCE dar permiso de enviar, poniendo un 1 en CTS. Para tener ms control, los dispositivos

pueden enviar la informacin de su estatus por medio de los bits DTR y DTS. Si DTR es 1

significa que el DTE est presente para la comunicacin. Lo mismo sucede con el DCE con la

lnea DSR. El programa que controle la comunicacin, utilizar entonces un protocolo

utilizando estos pines. En caso que la comunicacin se realice por medio de un mdem, el pin

de CD (carrier detect) indica si hay una comunicacin entre dos dispositivos mdem.

Ahora bien, si lo que se desea es comunicar dos computadoras directamente sin utilizar un

mdem, se debe recurrir a un tipo de conexin del tipo Null Mdem (es decir, que no utiliza un

mdem). Ahora no se pueden comunicar los pines directamente, sino que el pin de RTS de un

equipo DTE se debe comunicar con el pin CTS del otro equipo DCE. Como se muestra en la

figura siguiente (esta figura fue tomada de [19]):

35

Figura 2.22 Conexin Null Modem con Full-Handshaking

Tabla 2-1: Conexin Null-Modem con Full Handsahaking

Conector 1 Conector 2 Funcin 2 3 Rx Tx 3 2 Tx Rx 4 6 DTR DSR5 5 Tierra 6 4 DSR DTR7 8 RTS CTS 8 7 CTS RTS

En este caso, lo que se tiene es una conexin Null Mdem con handshaking completo, es decir,

una conexin que utiliza todos los pines del puerto. Se puede observar que todos los pines

fueron cruzados, de manera que las salidas de un DTE coincidan con las entradas

correspondientes en el otro DTE. Como en este caso, no se necesita mdem, los pines 1 (Carrier

Detect) y 9 (Ring Indicator) se dejan sin conexin, puesto que quedan sobrando.

No obstante, dependiendo de la aplicacin en que se est trabajando, puede ser necesario utilizar

una menor cantidad de cables, y por consiguiente un handshaking ms simple. La forma ms

simple, por lo menos desde el punto de vista de hardware, consiste en no utilizar los bits de

control, sino solamente las lneas de datos. Este tipo de conexin se presenta en la siguiente

figura:

36

Figura 2.23 Conexin Null Modem sin Handshaking

Tabla 2-2: Conexin Null Modem sin Handshaking

Conector 1 Conector 2 Funcin 2 3 Rx Tx3 2 Tx Rx5 5 Tierra

Este tipo de conexin se puede utilizar con un tipo de handshaking de software del que se tratar

ms adelante.

A veces se quiere utilizar la menor cantidad de lneas, pero puede ser que el programa que se

est utilizando para controlar el puerto haya sido escrito, teniendo en mente que se utilizarn

todas las lneas de control. En este caso se puede utilizar una conexin que engae al DTE y lo

haga creer que se est llevando a cabo un handshaking completo. Esta disposicin es llamada

Null modem with Loop Back Handshaking. Esta conexin se presenta en la figura siguiente

(Tomada de [19]):

37

Figura 2.24: Null modem with Loop Back Handshaking

Tabla 2-3: Null modem with Loop Back Handshaking

Connector 1 Connector 2 Function 2 3 Rx Tx 3 2 Tx Rx 5 5 Tierra

1 + 4 + 6 - DTR CD + DTR - 1 + 4 + 6 DTR CD + DTR

7 + 8 - RTS CTS - 7 + 8 RTS CTS

Como se puede observar, corresponde a la conexin sin handshaking cuyos bits de control se ha

conectado al mismo dispositivo. Es decir, cuando el sistema ponga un bit en 1 pidiendo

autorizacin para enviar informacin, la respuesta que recibir ser justamente su solicitud de

envo. En pocas palabras, el mismo dispositivo se da permiso de enviar. Esto significa que en

realidad no se est controlando el flujo de datos, pero se le hace creer a la computadora que s.

Control de flujo por medio de Software

En este caso, el handshaking no se realiza por medio de los pines de control, sino que se enva

un carcter especial que representa cierto estado de la comunicacin. Este tipo de handshanking

es llamado tambin Xon/Xoff. La idea de este tipo de control es que el emisor enva un caracter

38

ASCII especial con el que le indica al receptor que est listo para empezar la comunicacin

(Xon) y otro caracter le indica al emisor que no est listo para recibir datos (Xoff).

El caracter elegido para el Xon es el ASCII 17 y el carcter de Xoff es el ASCII 19. Si algn

dispositivo necesita detener la comunicacin, mandar por la lnea de comunicaciones los bits

correspondientes a Xoff. Si la comunicacin puede ser reiniciada, entonces el dispositivo que

est listo enviar un Xon. El problema con este tipo de control es que podra suceder que cunado

se enve el Xoff, el dispositivo receptor tenga el buffer lleno y por lo tanto, ignore la seal, por

lo que no sabra que el emisor decidi detener la comunicacin. Otro problema se presenta si el

canal de comunicacin es malo, puesto que una prdida en un solo bit, puede significar perder el

Xon o el Xoff y que algn dispositivo no se d cuenta que debe empezar a enviar o recibir ms

informacin.

Debido a esto, es que este tipo de control se utiliza a velocidades que garanticen que los datos

sern siempre recibidos, an en el peor de los casos. Esto no permite altos bitrates, pero se tiene

un ahorro al no utilizar todas las lneas de control.

2.3.4 Comunicacin de dos dispositivos mediante mdem, utilizando el puerto RS232

En [17] se presentan los pasos que se deben llevar a cabo cuando una computadora espera una

llamada de un mdem remoto como se presenta en la Figura 2.25. A continuacin se presenta la

secuencia de pasos que se sigue normalmente.

39

Figura 2.25: Comunicacin de dos computadoras utilizando mdems. Tomado de [17]

1. La computadora monitorea el estado de la seal RI por medio del software. 2. Si el mdem remoto desea iniciar una comunicacin, genera una seal RI. La seal

llega al mdem local, el que la transmite a su vez a la computadora local.

3. Cuando la computadora local est lista para comunicarse, coloca un uno en la seal DTR (Data Terminal Ready), para indicar que se encuentra conectada y lista para iniciar la comunicacin.

4. Cuando se ha detectado la seal DTR, el mdem responde activando la seal DSR (Data Set Ready), lo que le indica a la computadora que el mdem est listo para iniciar la comunicacin. Dado esto, la computadora monitorea la seal DCD para chequear si los datos han sido enviados por la lnea.

5. El mdem activa la seal DCD despus que a recibido una seal de carrier del mdem remoto que cumple con el criterio de la seal.

6. Aqu se puede empezar a transferir los datos. Si el mdem tiene la capacidad para comunicaciones full-duplex, las seales CTS (Clear to Send) y RTS (Request to Send) se mantienen activadas. Si el mdem slo tiene capacidad para half-duplex, CTS y RTS proven las seales necesarias para controlar la direccin de los datos (handshaking). Los datos se transfieren entonces por las lneas RD y TD.

7. Cuando se completa la transferencia, la computadora desactiva la seal DTR. El mdem entonces ignora las seales DSR y DCD. En este punto la computadora se encuentra en el Estado nmero 1.

40

CAPTULO 3: Esquemas de Implementacin de Moduladores y

Receptores FSK

Como se estudi anteriormente, la modulacin FSK consiste bsicamente en modificar la

frecuencia de la portadora dependiendo del valor lgico que tenga la seal moduladora. Por

convencin, se suele utilizar la frecuencia mayor para la transmisin de un uno, y la ms baja

para la transmisin del cero. Se dice que la seal modulada tendr entonces la frecuencia

intermedia entre estas dos frecuencias extremas.

El siguiente paso consiste en la formulacin de esquemas realizables fsicamente que puedan

llevar a cabo la modulacin y demodulacin de una seal TTL compatible.

Jaquenod, presenta en su escrito, varios esquemas que se han utilizado para esta modulacin. A

continuacin se presenta una resea de estas ideas.

3.1 Implementacin del Modulador

Existen varias maneras de implementar un modulador FSK. Cada una de estas ideas varan tanto

en la mxima frecuencia que se puede lograr, la estabilidad de esta frecuencia (variaciones

indeseables debido a la temperatura, desgaste, ambiente, etc), as como su diferente nivel de

complejidad y por consiguiente, el costo. Dentro de los esquemas existentes de modulacin se

encuentran las implementaciones con osciladores LC, cristales oscilantes, osciladores SAW

(Surface Acoustic Wave) y circuitos basados en PLL, VCO y cristales.

41

3.1.1 Osciladores LC

La idea principal de este tipo de implementacin es tener un circuito oscilante que, con la ayuda

de algn dispositivo (como un transistor, por ejemplo), se pueda cambiar su frecuencia de

oscilacin. Tambin se pueden utilizar un diodo varactor (o "varicap") en el circuito resonante,

y al variar la polaridad en inversa del varicap ste vara su capacidad y con ello la frecuencia.

[3]

Una de las debilidades de este tipo de implementacin es la variabilidad de la frecuencia debido

a efectos externos. Sin embargo, generalmente resulta ser la implementacin menos costosa de

todas.

Los requisitos para que un circuito logre una oscilacin mantenida se refieren al valor de la

ganancia del lazo de realimentacin y de la fase. En [14], a este criterio se le llama criterio de

Barkhausen, y en [2] se le denomina criterio de Nyquist. No obstante el nombre que se le d, las

condiciones necesarias son:

La magnitud del lazo de ganancia debe ser 1 a la frecuencia de oscilacin.

La seal de realimentacin debe estar en fase con la seal a la entrada del amplificador como se muestra en la figura siguiente:

Boylestad y Nachelsky, explican el funcionamiento de los circuitos osciladores basndose en un

diagrama como el de la Figura 3.1.

42

Figura 3.1 Esquema general de un oscilador

Antes que el interruptor se cierre, existe un voltaje ficticio provocado por el ruido que

normalmente se encuentra en todos los circuitos. Este voltaje es amplificado y pasa por la red de

realimentacin (), provocando un voltaje Vf. Si la ganancia de lazo (A) es correcta, Vf y Vi

sern iguales. Una vez que se cierra el lazo, el circuito seguir operando, dado que el voltaje a la

entrada del amplificador es suficiente para mantener la oscilacin. El criterio de Barkhausen se

puede escribir entonces como:

1= A (3.1) La ganancia de lazo cerrado vendra dado por:

A

AVV

i

o

1 = (3.2)

Por lo que, con el criterio de Barkhausen, se tendra una ganancia infinita, lo que querra decir

que aunque haya una entrada cero, la salida sera finita, lo que requiere exactamente un circuito

oscilador. Lo que se hace en la prctica es hacer la ganancia de lazo mayor que 1 para que el

sistema empiece a oscilar, amplificando el voltaje de ruido.

3.1.2 Osciladores de Cristal

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Los osciladores de cristal, utilizan cristales de cuarzo, los cuales son dispositivos construidos a

partir de materiales piezoelctricos, es decir, materiales que ante una deformacin mecnica en

uno de sus ejes, producen un potencial a los largo de su otro eje. De igual manera, un voltaje

aplicado a uno de sus ejes, produce una deformacin mecnica en el cristal.

Debido a esta propiedad, los cristales de cuarzo se utilizan para producir una frecuencia de

referencia para los elementos osciladores de los transmisores y receptores RF, como se ver ms

adelante.

El diagrama representativo de un cristal se presenta en la Figura 3.2, y su circuito equivalente de

un cristal de cuarzo se presenta en la Figura 3.3

X1

Figura 3.2 Diagrama de un Cristal de Cuarzo

CpLs

Rs

Cs

Figura 3.3: Circuito Equivalente del Cristal de Cuarzo

Los cristales tienen dos picos de resonancia. En estos picos de resonancia, la impedancia del

cristal es resistiva. Por debajo y sobre la frecuencia de resonancia, el cristal tiene una

impedancia capacitiva y en las frecuencias entre los picos de resonancia, el cristal tiene una

impedancia inductiva.

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Figura 3.4: Caracterstica del oscilador de Cristal. Tomado de [3]

A la primera frecuencia de resonancia se le denomina resonancia en serie y se caracteriza por

tener una impedancia baja. El otro punto de resonancia se le llama resonancia en paralelo, y

por el contrario, tiene una impedancia alta. Se les ha dado este nombre, recordando el

funcionamiento de un circuito tanque serie y paralelo: un circuito tanque serie tiene una

impedancia baja en su frecuencia de resonancia, si se utiliza en serie con la seal, dejar pasar la

seal slo si su frecuencia iguala la frecuencia de resonancia. El circuito tanque paralelo tiene su

impedancia mxima en la frecuencia de resonancia, por lo que utilizado en serie con la seal,

funcionar como un filtro rechaza-banda; si se utiliza en derivacin, dejar pasar las seales

cuya frecuencia sea igual a la frecuencia de resonancia.

De acuerdo con [14], si se desprecia la resistencia Rs, la impedancia del cristal vendra dada por:

ss

p

CjLjCj

Z

11

1

++= (3.3)

Entonces, las frecuencias de resonancia serie (s) y paralela (p), vendran dadas por:

ss

s CL1= (3.4)

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( )ps pssp

CCCCL

+= 1 (3.5)

Y la impedancia se puede entonces expresar como:

= 22

221)(p

s

pCjjZ

(3.6)

Con p>s pues Cp>>Cs.

Con los osciladores de cristal lo que se busca es mejorar la continuidad de la frecuencia de la

seal portadora puesto que los cristales son ms estables que los circuitos LC. Sin embargo, esta

implementacin resulta ms costosa que la anterior, adems de no ser fcilmente fabricado en

masa. Para ajustar o corregir la frecuencia de oscilacin, se utilizan los capacitores junto con los

osciladores de cristal, aunque tambin se pueden utilizar varactores.

Estos osciladores pueden vibrar en diferentes modos o tonos. A la frecuencia ms baja se le

llama modo fundamental y generalmente se utiliza para frecuencias hasta los 15MHz. Cuando

se utiliza de esta manera, los capacitores que se le conectan pueden colocarse en serie o en

paralelo. Para frecuencias mayores, el oscilador funciona a una frecuencia armnica de la

fundamental (tambin se les llama overtone) y los capacitores siempre se colocan en serie. La

mxima frecuencia que se suele alcanzar con este modo de operacin es de 180MHz.

Algunos ejemplos de osciladores que utilizan cristales resonantes se presentan a continuacin.

Circuitos osciladores Basados en Cristales

Los circuitos osciladores siempre han gozado de mala fama, pues al ser un circuito que no tiene

una seal de entrada como tal, las personas siempre se preguntan como es que inician su

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oscilacin. Si es que inicia, pues experiencias anteriores del autor demuestran que no siempre

que uno arme un circuito oscilador (aunque se haga con sumo cuidado), este querr funcionar,

o como se ha dicho: Un oscilador amplifica y amplificador oscila.

No obstante, todos los dispositivos transmisores existentes confirman que los circuitos

osciladores son realizables y adems su funcionamiento es suficiente para sustentar todas las

comunicaciones actuales.

De acuerdo con [1], con el objeto de emplear el cristal de manera apropiada, debe conectarse

en un circuito de manera que se elija su impedancia baja en el modo de operacin en resonancia

en serie o el de impedancia alta en el modo de operacin antirresonante.

Para utilizar el cristal en modo serie, lo que se hace es colocarlo como un elemento serie en el

circuito de realimentacin. De esta manera, en la frecuencia de resonancia, la impedancia ser

mnima y por ende la realimentacin ser mxima, logrando as la mxima realimentacin.

En cambio, si se desea un circuito resonante en paralelo, el cristal debe tomarse como una

reactancia inductiva alta.

Los cristales se usan en un tipo de osciladores llamados osciladores sintonizados. La forma

general de este tipo de osciladores se presenta en la figura siguiente:

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Figura 3.5 Osciladores sintonizados

Dependiendo del tipo de reactancia de los parmetros X1, X2 y X3, se han dividido este tipo de

osciladores. En [1], encontramos una tabla donde se especifican, y que se reproduce a

continuacin.

Tabla 3-1 Tipo de Oscilador, de acuerdo con el circuito sintonizado

Elemento de Reactancia Tipo de Oscilador X1 X2 X3

Oscilador Colpitts C C L Oscilador Harley L LC C Entrada Sintonizada, salida Sintonizada LC LC -

De estos tipos de osciladores, el ms popular es el Colpitts, puesto que es ms sencillo utilizar

capacitores en los circuitos electrnicos que inductores. El cristal en este caso se puede utilizar

como un sustituto de la reactancia inductiva en el circuito sintonizado. En [2], se presenta un

circuito oscilador que utiliza el cristal de esta manera, este circuito se presenta en la siguiente

figura:

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Figura 3.6 Oscilador Colpitts con Cristal

Este oscilador puede utilizarse para generar seales de frecuencias desde 1MHz hasta 20MHz y

utiliza la frecuencia fundamental del cristal, lo que quiere decir que la frecuencia del oscilador

ser la marcada en le cristal. La resistencia R1 es la que proporciona la polarizacin DC del

transistor. El capacitor C5 bloquea el DC a la salida y el capacitor C4 mantiene el colector a

tierra para las seales AC, mientras deja pasar el voltaje DC. Los capacitores C1 y C2 son los

que proporcionan la realimentacin del oscilador.

3.1.3 Moduladores basados en PLL, VCO y cristales osciladores.

El esquema de la Figura 3.7, presenta el diagrama de bloques de una implementacin de un

modulador FSK. El Detector de fase, el filtro paso bajo y el oscilador controlado por voltaje

(VCO), son los bloques principales que conforman un PLL, pero en este caso, la salida no se

toma despus del filtro, sino que la onda del VCO es la seal que se toma. Adicionalmente, se

ha agregado un divisor de frecuencia en la trayectoria de realimentacin.

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Figura 3.7: Esquema de un modulador basado en PLL, VCO y un cristal de oscilacin. Tomado de [10]

El funcionamiento del sistema es como sigue: La entrada del sistema corresponde a un oscilador

de referencia que podra ser un oscilador de cristal de unos cuantos megahertz. El VCO es un

oscilador de alta frecuencia que deber oscilar a la frecuencia deseada. Esta seal es

realimentada por medio de un divisor de frecuencia. La frecuencia dividida es comparada en el

detector de fase que dar un voltaje proporcional a la diferencia en las fases. De esta manera, el

VCO cambiar de frecuencia hasta que el oscilador de referencia y la seal realimentada estn

en fase. Para obtener la seal modulada con FSK, lo que se debe hacer es variar la frecuencia de

referencia, de acuerdo con el valor que se desee enviar; como se muestra en la Figura 3.7, se

puede variar la frecuencia de oscilacin cambiando el valor de algn parmetro, como la

capacitancia.

El filtro pasabajos, debe tomarse en realidad como parte del detector de fase. Mills en su artculo

[11], expone que el detector de fase es en realidad un multiplicador. Supngase que la seal de

entrada de referencia es una seal arbitraria que viene dada por

( )( )tsenE oi 12 + (3.7)

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La seal realimentada tiene tambin fase arbitraria, pero tiene la misma frecuencia de la seal

dada por (3.7). Esta seal viene dada por:

( )( )tE oo 2cos2 + (3.8) Ahora bien, como el detector de fase es un multiplicador, la entrada del filtro paso bajo vendra

dado por

( )( ) ( )( )ttsenEE oooi 21 cos2 ++ (3.9) Aplicando identidades trigonomtricas se obtiene

( ) ( )( ) ( ) ( )( )ttsenEEttsenEE ooioi 2121 22 ++ (3.10) La idea del filtro paso bajo es eliminar la componente AC de esta seal, para permitir el paso de

una seal que es proporcional a la diferencia en las fases. Cuando las dos seales estn en fase,

el VCO se mantendr oscilando a la frecuencia deseada.

La funcin del divisor de frecuencia en el lazo de realimentacin es lograr frecuencias que con

el cristal oscilador no se podran lograr. As, el VCO es forzado a oscilar a una frecuencia N

veces mayor que la frecuencia de referencia. De esta manera se pueden lograr frecuencias en el

orden de las centenas de megahertz, utilizando un cristal (u otro oscilador) de unos cuantos

Megahertz.

La ltima etapa del diagrama de Bloques corresponde a un Amplificador de Potencia, que ir

conectado finalmente a la antena.

3.1.4 Modulador FSK con una entrada TTL compatible

En la Figura 3.8, se observa un esquema que fue presentado por Shyam Tiwari en [12]

51

Figura 3.8: Modulador FSK con una seal de entrada TTL compatible

El inversor junto con el capacitor C2 y la resistencia R1 y la resistencia de 470, conforman un

oscilador: cuando a la entrada del inversor tiene un voltaje alto, el capacitor se descargar a

travs de las resistencias. Cuando alcanza el voltaje de conmutacin del inversor, la salida de

este ser alta y empezar a cargar el capacitor a travs de las resistencias.

Mientras esta parte del circuito se encuentra oscilando, una seal TTL introduce un capacitor C1

cada vez que tiene una seal alta (uno lgico), por lo que la frecuencias de oscilacin ser

menor.

Este circuito tiene algunas desventajas. La primera de ellas, es que la modulacin FSK se logra,

pero no con una seal senoidal, sino con un seal cuadrada. La frecuencia de Oscilacin tender

a ser baja, puesto que el inversor no puede conmutar en el orden de los megahertz. Sin embargo,

tiene como puntos fuertes la cantidad mnimas de componentes que necesita, y la

implementacin de la entrada TTL compatible.

52

3.2 Implementacin del Receptor FSK

Entre la etapa de modulacin y la etapa de recepcin se encuentra la antena. Este es un elemento

primordial en el proceso de comunicacin, y se tratar de ella ms adelante en este trabajo.

Antes, se examinarn algunas propuestas para la implementacin del receptor de seales FSK.

De acuerdo con [10], los dos esquemas ms conocidos para los receptores de seales son los

super-regenerativos y los superheterodinos.

3.2.1 Receptores Super-Regenerativos.

Estos receptores constan de un oscilador sintonizado para la frecuencia que se desea recibir y

polarizado justo en el umbral de oscilacin, de modo que se encienda y apague con una dada

relacin de trabajo; el circuito oscilador est acoplado a la antena receptora, y de ingresar por

ella una seal externa de la frecuencia justa, la "facilidad de arranque" del oscilador cambia, con

ello su relacin de trabajo SI/NO, lo que es usado para la deteccin.2

Entre las desventajas que provee, estn:

Se ve sumamente afectado por la presencia de seales en frecuencias parecidas a la que se desea recibir (canales adyacentes) lo que obliga a contar con buenos filtros de entrada luego de la antena

Es dependiente de las tolerancias y variaciones de los componentes Como el oscilador esta sintonizado para la misma frecuencia que se desea recibir,

cualquier emisin del oscilador que se acople por la antena puede producir inestabilidades ("regen noise"). Esto limita seriamente la sensibilidad del receptor y la ganancia mxima de las etapas de RF

Suele tener un bitrate muy limitado.

2 Jaquenod, Guillermo. Tutorial: enlace de transmision de rf para transmisin de datos a baja velocidad y a corta distancia : segunda parte.

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3.2.2 Receptores Super-Heterodinos

Los receptores super-heterodinos fueron inventados por Edwin Armstrong en 1918. En este tipo

de receptores, todas las seales son convertidas a una frecuencia preestablecida de magnitud

menor. Esta frecuencia es llamada frecuencia intermedia (IF Intermediate Frequency) y

generalmente es de 455kHz para radios AM y de 10,7 MHz para radios