Contenido del cursoContenido del curso

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ASERCOM MR DerechosReservados1997AsesoríaenRedesyTelecomunicacionesS.A.deC.V. 29

Contenido del cursoContenido del curso

! Propagación de ondas electromagnéticas

" Modulación

! Métodos de corrección de errores

! Aspectos regulatorios en radioenlaces

! Estructura del radio digital

! Diseño de un radioenlace

! Nuevas aplicaciones con radioenlaces

! Funcionamiento y estructura del satélite

! Técnicas de acceso múltiple

! Cálculo de enlace satelital

! Equipo satelital terrestre

! Redes VSAT y Sistema GPS

! Servicios satelitales en México y en el mundo

! Nuevas aplicaciones con satélites


En este capítuloEn este capítulo

# Definición

# Señales analógicas vs digitales

# Modulación digital

# Tipos de modulación digital

# Constelaciones de símbolos

# Demodulación

# Comparación de modulaciones

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Contenido del cursoContenido del curso

! Propagación de ondas electromagnéticas

" Modulación

! Métodos de corrección de errores

! Aspectos regulatorios en radioenlaces

! Estructura del radio digital

! Diseño de un radioenlace

! Nuevas aplicaciones con radioenlaces

! Funcionamiento y estructura del satélite

! Técnicas de acceso múltiple

! Cálculo de enlace satelital

! Equipo satelital terrestre

! Redes VSAT y Sistema GPS

! Servicios satelitales en México y en el mundo

! Nuevas aplicaciones con satélites


En este capítuloEn este capítulo

# Definición

# Señales analógicas vs digitales

# Modulación digital

# Tipos de modulación digital

# Constelaciones de símbolos

# Demodulación

# Comparación de modulaciones

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ModulaciónModulación

# Modular es hacer variar algún parámetro de una señal enfunción de otra señal. A la primera se le conoce comoseñal modulada y a la segunda como señal moduladora.

# Existen diversos tipos de modulación: de frecuencia (FM),de amplitud (AM), de fase (PM) y combinaciones de ellas.

# Además, la modulación puede ser de naturalezaanalógica o digital.


Modulación en amplitudModulación en amplitud

300 3400F (Hz)

F (kHz)

60

60.3 63.4F (kHz)

59.756.660

• Ambas señales se multiplican en eltiempo.

• Con filtros se selecciona la bandalateral deseada.

• Se elimina la portadora.

Tiempo Frecuencia

t

t

Moduladora

Portadora

Filtro

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ModulaciónModulación

# Modular es hacer variar algún parámetro de una señal enfunción de otra señal. A la primera se le conoce comoseñal modulada y a la segunda como señal moduladora.

# Existen diversos tipos de modulación: de frecuencia (FM),de amplitud (AM), de fase (PM) y combinaciones de ellas.

# Además, la modulación puede ser de naturalezaanalógica o digital.


Modulación en amplitudModulación en amplitud

300 3400F (Hz)

F (kHz)

60

60.3 63.4F (kHz)

59.756.660

• Ambas señales se multiplican en eltiempo.

• Con filtros se selecciona la bandalateral deseada.

• Se elimina la portadora.

Tiempo Frecuencia

t

t

Moduladora

Portadora

Filtro

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Multiplexión FDMMultiplexión FDM

Canalesde voz

AM SSB-SC f1

AM SSB-SC f2

AM SSB-SC f3

AM SSB-SC f12

S

Modulación

Señal FDM resultante

60 kHz 108 kHz

AM SSB SC:Modulación de amplitud de banda lateral única y portadora suprimida


Sistema analógico vs digitalSistema analógico vs digital

# Un sistema digital ofrece mayor tolerancia al ruido einterferencias.

# En el sistema digital no se acumula ruido en lasestaciones repetidoras.

# Sin embargo, el sistema digital es más vulnerable aldesvanecimiento.

# Facilita la integración de señales distintas de la voz.

# El sistema digital consume menos energía y requieremenos ajustes.

# Para el sistema analógico la calidad se mide por el nivelde ruido S/N. En el sistema digital, se mide por el BER.

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Multiplexión FDMMultiplexión FDM

Canalesde voz

AM SSB-SC f1

AM SSB-SC f2

AM SSB-SC f3

AM SSB-SC f12

S

Modulación

Señal FDM resultante

60 kHz 108 kHz

AM SSB SC:Modulación de amplitud de banda lateral única y portadora suprimida


Sistema analógico vs digitalSistema analógico vs digital

# Un sistema digital ofrece mayor tolerancia al ruido einterferencias.

# En el sistema digital no se acumula ruido en lasestaciones repetidoras.

# Sin embargo, el sistema digital es más vulnerable aldesvanecimiento.

# Facilita la integración de señales distintas de la voz.

# El sistema digital consume menos energía y requieremenos ajustes.

# Para el sistema analógico la calidad se mide por el nivelde ruido S/N. En el sistema digital, se mide por el BER.

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Modulación de señales digitalesModulación de señales digitales

# Un inconveniente de las señales digitales, es querequieren un mayor ancho de banda comparado conel de la señal que representan.

# Esta señal digital será transmitida por un medio másadecuado para señales de ancho de banda limitado.

# Además, se deben respetar los canales de RF, de loscuales muchos fueron concebidos para radioenlacesanalógicos.

# Se requiere entonces de un proceso que permitaconservar la transmisión de esta señal en formadigital.


¿Cómo funciona la modulación digital?¿Cómo funciona la modulación digital?

# Con cada ciclo de reloj, tenemos un valor para la pareja (A,B). Con este valor,el portador ejecuta un movimiento. Cada movimiento del portador esconsiderado un símbolo.

# Un símbolo por segundo equivale a un baudio. Para este caso la relación debits/s a baudios es 2 a 1. Y cada símbolo representa a una combinación de 2bits.

# Es la correspondencia entre hertz vs bits por segundo.

.... 10110010

.... 01011100

Señal de Reloj

Información Binaria

Portador

A

B

Simón dice : ¡Mover!

AB Símbolo

00 Mano derecha01 Mano izquierda10 Pie derecho11 Pie izquierdo

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Modulación de señales digitalesModulación de señales digitales

# Un inconveniente de las señales digitales, es querequieren un mayor ancho de banda comparado conel de la señal que representan.

# Esta señal digital será transmitida por un medio másadecuado para señales de ancho de banda limitado.

# Además, se deben respetar los canales de RF, de loscuales muchos fueron concebidos para radioenlacesanalógicos.

# Se requiere entonces de un proceso que permitaconservar la transmisión de esta señal en formadigital.


¿Cómo funciona la modulación digital?¿Cómo funciona la modulación digital?

# Con cada ciclo de reloj, tenemos un valor para la pareja (A,B). Con este valor,el portador ejecuta un movimiento. Cada movimiento del portador esconsiderado un símbolo.

# Un símbolo por segundo equivale a un baudio. Para este caso la relación debits/s a baudios es 2 a 1. Y cada símbolo representa a una combinación de 2bits.

# Es la correspondencia entre hertz vs bits por segundo.

.... 10110010

.... 01011100

Señal de Reloj

Información Binaria

Portador

A

B

Simón dice : ¡Mover!

AB Símbolo

00 Mano derecha01 Mano izquierda10 Pie derecho11 Pie izquierdo

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Constelación de símbolosConstelación de símbolos

# La constelación es el diagrama vectorial en donde se muestran lospuntos o símbolos que pueden ser ocupados por la portadora pararepresentar a la información binaria.

# Nótese como la diferencia entre los puntos es de 1 bit, lo queminimiza los errores en caso de equivocación al demodular la señal.

0001

1011


Ejemplo de modulación digitalEjemplo de modulación digital

#Señal de 1920 canales de 64 kbps: 139.264 Mbps

#Ancho de banda requerido por la señal: 140 MHz

#Ancho de banda disponible: 40 MHz

#Relación de bps a baudios necesaria: 4:1140/40 = 3.5

#Modulación a emplear: 16 QAM

ModulaciónDigital

ModulaciónDigital

140 MHz 35 MHz

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Constelación de símbolosConstelación de símbolos

# La constelación es el diagrama vectorial en donde se muestran lospuntos o símbolos que pueden ser ocupados por la portadora pararepresentar a la información binaria.

# Nótese como la diferencia entre los puntos es de 1 bit, lo queminimiza los errores en caso de equivocación al demodular la señal.

0001

1011


Ejemplo de modulación digitalEjemplo de modulación digital

#Señal de 1920 canales de 64 kbps: 139.264 Mbps

#Ancho de banda requerido por la señal: 140 MHz

#Ancho de banda disponible: 40 MHz

#Relación de bps a baudios necesaria: 4:1140/40 = 3.5

#Modulación a emplear: 16 QAM

ModulaciónDigital

ModulaciónDigital

140 MHz 35 MHz

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Tipos de modulación digitalTipos de modulación digital

# En frecuencia: FSK

# En fase: PSK

# De fase y amplitud: QAM

t

t

t


Modulación BPSKModulación BPSK

Esta modulación es empleada en sistemas de baja y media capacidad.

P(t) = 1

P(t) = -1

ModuladorBPSK

ModuladorBPSKPortadora

A Sen w0t

P(t)0º180º

A cada fase se le asocia un símbolo (un bit en este caso), y a lacantidad de símbolos por segundo se le llama baudios.

Diagrama Vectorialo Constelación

Binary Phase Shift Keying

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Tipos de modulación digitalTipos de modulación digital

# En frecuencia: FSK

# En fase: PSK

# De fase y amplitud: QAM

t

t

t


Modulación BPSKModulación BPSK

Esta modulación es empleada en sistemas de baja y media capacidad.

P(t) = 1

P(t) = -1

ModuladorBPSK

ModuladorBPSKPortadora

A Sen w0t

P(t)0º180º

A cada fase se le asocia un símbolo (un bit en este caso), y a lacantidad de símbolos por segundo se le llama baudios.

Diagrama Vectorialo Constelación

Binary Phase Shift Keying

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Modulación QPSKModulación QPSK

Separadorde bits pares

e impares


e impares

Señaldigital

Modulador2PSK

Modulador2PSK

Modulador2PSK

Modulador2PSK

++f=90ºf=90º

Sen w0t

Cos w0t

bits impares

bits pares

Z(t) = I(t) Sen (w0t) + Q(t) Cos (w0t)

en cuadratura Q(t)

Quaternary Phase Shift Keying

1 0

1 -1

Bits Entrantes

Valores para I(t), Q(t)

en fase I(t)


Constelación QPSKConstelación QPSK

# A esta modulación tambiénse le conoce como 4PSK.

# La relación entre velocidad binaria y velocidad de símbolos (baudios)es 2 a 1.

# Esto produce la reducción a la mitad del ancho de banda requerido.

Q(t) = +1Q(t) = -1

I(t) = +1

I(t) = -1

11

0100

10

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Modulación QPSKModulación QPSK


e impares


e impares

Señaldigital

Modulador2PSK

Modulador2PSK

Modulador2PSK

Modulador2PSK

++f=90ºf=90º

Sen w0t

Cos w0t

bits impares

bits pares

Z(t) = I(t) Sen (w0t) + Q(t) Cos (w0t)

en cuadratura Q(t)

Quaternary Phase Shift Keying

1 0

1 -1

Bits Entrantes

Valores para I(t), Q(t)

en fase I(t)


Constelación QPSKConstelación QPSK

# A esta modulación tambiénse le conoce como 4PSK.

# La relación entre velocidad binaria y velocidad de símbolos (baudios)es 2 a 1.

# Esto produce la reducción a la mitad del ancho de banda requerido.

Q(t) = +1Q(t) = -1

I(t) = +1

I(t) = -1

11

0100

10

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Modulación 16 QAMModulación 16 QAM

S

P

b

a

c

d

Filtrodigital

F

F

Mezclador

Mezclador

S

I(t)

Q(t)

p/2

Filtrodigital

Filtrodigital

Filtrodigital

X1

X2

Y1

Y2

BB FI

$ Conversión serie-paralelo.

% Codificación diferencial (matricial) con filtrado digital.

& Combinación de las señales filtradas para formar componentes en cuadratura Q(t) y enfase I(t), con 4 niveles posibles (±1/3 y ± 1).

' Estas componentes se pasan por filtros pasabajos.

( Modulación DSB-SC en paralelo de las señales en cuadratura con el mismo oscilador.

) Combinación de las dos resultantes para la señal 16 QAM definitiva.


Constelación 16 QAMConstelación 16 QAM

# Cada punto de la constelación está definido por una fase y una amplitud.

# Cada símbolo representa a un quadbit (4 bits).

# Las representaciones de los símbolos adyacentes difieren en un sólo bit.

1001

X

Y

Amplitud

Fase

00010011

1011

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Modulación 16 QAMModulación 16 QAM

S

P

b

a

c

d

Filtrodigital

F

F

Mezclador

Mezclador

S

I(t)

Q(t)

p/2

Filtrodigital

Filtrodigital

Filtrodigital

X1

X2

Y1

Y2

BB FI

$ Conversión serie-paralelo.

% Codificación diferencial (matricial) con filtrado digital.

& Combinación de las señales filtradas para formar componentes en cuadratura Q(t) y enfase I(t), con 4 niveles posibles (±1/3 y ± 1).

' Estas componentes se pasan por filtros pasabajos.

( Modulación DSB-SC en paralelo de las señales en cuadratura con el mismo oscilador.

) Combinación de las dos resultantes para la señal 16 QAM definitiva.


Constelación 16 QAMConstelación 16 QAM

# Cada punto de la constelación está definido por una fase y una amplitud.

# Cada símbolo representa a un quadbit (4 bits).

# Las representaciones de los símbolos adyacentes difieren en un sólo bit.

1001

X

Y

Amplitud

Fase

00010011

1011

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Modulación FSKModulación FSK

# Para transmitir un símbolo en modulación FSK seselecciona una frecuencia de un conjunto de Mfrecuencias diferentes.

# El caso más sencillo es FSK tipo binario con M=2. Porejemplo, para transmitir la secuencia 01011 tenemos:

0 1 0 1 1

Frequency Shift Keying


Modulador 4FSKModulador 4FSK

00 s0

01 s1

10 s2

11 s3

s0 A0

s1 A1

s2 A2

s3 A3

A0 f0A1 f1A2 f2A3 f3

1011 s2 , s3

Codificador Modulador de Amplitud VCO

A2

A3 f3f2

1. Se codifica cada grupo de N bits en un símbolo del conjunto desímbolos disponibles.

2. Cada símbolo se asocia a un pulso rectangular de cierta amplitud.

3. La amplitud A genera a la salida del VCO una señal de frecuencia fdurante un intervalo de tiempo T.

Para el caso particular de M = 4, también llamado 4FSK tenemos

• Símbolos = 4

• Bits por símbolo = 2

• Frecuencias de operación = 4

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Modulación FSKModulación FSK

# Para transmitir un símbolo en modulación FSK seselecciona una frecuencia de un conjunto de Mfrecuencias diferentes.

# El caso más sencillo es FSK tipo binario con M=2. Porejemplo, para transmitir la secuencia 01011 tenemos:

0 1 0 1 1

Frequency Shift Keying


Modulador 4FSKModulador 4FSK

00 s0

01 s1

10 s2

11 s3

s0 A0

s1 A1

s2 A2

s3 A3

A0 f0A1 f1A2 f2A3 f3

1011 s2 , s3

Codificador Modulador de Amplitud VCO

A2

A3 f3f2

1. Se codifica cada grupo de N bits en un símbolo del conjunto desímbolos disponibles.

2. Cada símbolo se asocia a un pulso rectangular de cierta amplitud.

3. La amplitud A genera a la salida del VCO una señal de frecuencia fdurante un intervalo de tiempo T.

Para el caso particular de M = 4, también llamado 4FSK tenemos

• Símbolos = 4

• Bits por símbolo = 2

• Frecuencias de operación = 4

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DemodulaciónDemodulación

# Demodulación diferencial

• No requiere conocer la frecuencia de la portadora.

• Sin embargo, algunos de sus parámetros críticos requieren deuna estabilidad alta y niveles de ruido bajos.

• No es comúnmente utilizada.

# Demodulación coherente

• Requiere conocer la frecuencia y fase de la portadora, la cual seregenera localmente mediante filtros y VCO’s.

• Existen métodos para recuperar la portadora.

• De los más utilizados, el “Bucle de Costas”.


Ley de Hartley-ShannonLey de Hartley-Shannon

C = B log2 [ 1 + S/N]

S/N

CB

Dada la capacidad del canal, se puede transmitir más información,pero ésta sería más susceptible al ruido.

Podemos proponer una modulación más compleja para enviar másinformación dentro del mismo canal, pero entonces soportaremosmenos ruido sobre ese canal: la S/N (o BER) requerida será mayor.

C2B

1/2S/N

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DemodulaciónDemodulación

# Demodulación diferencial

• No requiere conocer la frecuencia de la portadora.

• Sin embargo, algunos de sus parámetros críticos requieren deuna estabilidad alta y niveles de ruido bajos.

• No es comúnmente utilizada.

# Demodulación coherente

• Requiere conocer la frecuencia y fase de la portadora, la cual seregenera localmente mediante filtros y VCO’s.

• Existen métodos para recuperar la portadora.

• De los más utilizados, el “Bucle de Costas”.


Ley de Hartley-ShannonLey de Hartley-Shannon

C = B log2 [ 1 + S/N]

S/N

CB

Dada la capacidad del canal, se puede transmitir más información,pero ésta sería más susceptible al ruido.

Podemos proponer una modulación más compleja para enviar másinformación dentro del mismo canal, pero entonces soportaremosmenos ruido sobre ese canal: la S/N (o BER) requerida será mayor.

C2B

1/2S/N

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Comparación por eficienciaComparación por eficiencia

35

30

25

20

15

10

1.5 3.0 4.5 6.0

2PSK

4PSK

16QAM

64QAM

256QAM16PSK

8PSK

MHz

bps / Hz

Mientras más compleja es la modulación:• requiere de mayor ancho de banda• pero, es más eficiente


Comparación por C/N requeridaComparación por C/N requerida

C/N (dB)

BER

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

4PSK2PSK 8FSK 16QAM10 -3

10 -4

10 -5

10 -6

10 -7

10 -8

10 -9

10-10

Por ejemplo, para 256 QAM se requieren 40 dB de C/N,pero es posible transmitir hasta 2 x 155 Mbps.

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Comparación por eficienciaComparación por eficiencia

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30

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20

15

10

1.5 3.0 4.5 6.0

2PSK

4PSK

16QAM

64QAM

256QAM16PSK

8PSK

MHz

bps / Hz

Mientras más compleja es la modulación:• requiere de mayor ancho de banda• pero, es más eficiente


Comparación por C/N requeridaComparación por C/N requerida

C/N (dB)

BER

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

4PSK2PSK 8FSK 16QAM10 -3

10 -4

10 -5

10 -6

10 -7

10 -8

10 -9

10-10

Por ejemplo, para 256 QAM se requieren 40 dB de C/N,pero es posible transmitir hasta 2 x 155 Mbps.

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