1. 1
PRÁCTICA DE LABORATORIO
DATOS GENERALES:
CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES
ASIGNATURA: COMUNICACIONES I
No. de práctica
4
TÍTULO DE LA PRÁCTICA: SISTEMA PSK & QPSK
NOMBRES:
AMBATO MIGUEL
CHALÁ ISRAEL
CURSO: OCTAVO
PARALELO: B
A. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA
A1. Estudiar el principio de la modulación PSK/QPSK.
A2. Estudiar el principio de la demodulación PSK/QPSK.
A3. Implementar el modulador PSK/QPSK.
A4. Implementar el demodulador PSK/QPSK.
B. FUNDAMENTO TEÓRICO
Modulador PSK/QPSK
Como se mencionó en el Capítulo 18, el proceso de modulación phase-shift keying o
modulación de desplazamiento de fase (PSK) puede considerarse como un caso especial de
la modulación de fase (PM). La modulación PSK se muestra en la Figura 19-1.
2. 2
En la Figura 19-1, la señal de portadora es una onda sinusoidal con amplitud y frecuencia fija,
la señal moduladora es la información binaria. Si la información de entrada es un bajo (0), la
señal portadora mantiene su fase. Si la información de entrada es un alto (1), la portadora
invierte su fase por 180 grados. Señales senoidales en donde existe un corrimiento relativo de
fase de 180 grados entre ellas se les conocen como señales antipolares. Este tipo de
desplazamiento de fase se conoce como PSK (BPSK) o inversión de fase (PRK).
Así como el BPSK, este esquema de modulación se caracteriza por el hecho de que la
información está contenida en la fase de la onda transmitida. En particular, en PSK cuaternaria
(QPSK), la fase de la portadora toma solamente uno de los cuatro valores espaciadas
equitativamente, tales como, 0º, 90º, 180º, y 270º. Cada valor posible de la fase corresponde
a un par único de bits llamado un dibit. Por ejemplo, se puede escoger el juego de valores de
fase para representar los códigos de Gray de di bits: 00, 01, 11, y 10. Las formas de onda típica
dela modulación QPSK están mostradas en la Figura 19-2.
Nótese que el juego de fase de PSK y QPSK mencionado anteriormente es una posible opción.
Los otros posibles corrimientos de fase de las señales PSK y QPSK se muestran en la Tabla
19-1.
3. 3
La Figura 19-3 muestra un sistema de comunicación PSK/QPSK. El modulador modula la señal
portadora con la información de entrada y produce una señal modulada PSK o QPSK. La señal
modulada es transmitida a través de un medio de transmisión, tal como aire, y fibra óptica, a la
entrada del demodulador. El demodulador recibe la señal PSK o QPSK transmitida y luego
reconstruye el dato de información original.
La Figura 19-4 muestra los bloques funcionales de un modulador PSK/QPSK. El generador de
señal portadora provee una portadora (onda sinusoidal) a la red de conmutación de fase y una
onda cuadrada a un circuito de temporización. La red de conmutación de fase provee cuatro
salidas (0º, 90º, 180º, 270º) a las entradas del selector de datos. La salida X del selector de
datos está determinada por las entradas de selección A y B. Existen cuatro casos:
1. Si BA=00 (Q1 =Q0=low), X=X0, la señal con corrimiento de fase 0º.
2. Si BA=11 (Q1=Q0=high), X=X3, la señal con corrimiento de fase180º.
3. Si BA=01 (Q1=1ow, Q0=high), X=X1, la señal con corrimiento de fase 90º.
4. Si BA=10 (Q1 =high, Q0=low), X=X2, la señal con corrimiento de fase 270º.
El circuito de temporización recibe la onda cuadrada (fc) de la salida del generador de señal de
portadora y produce dos salidas: fe a la entrada de control de carga y la señal 2fc (doble de la
4. 4
frecuencia portadora) a la entrada de reloj del registro de control, así como el generador de
ciclo de sincronización. Estas dos señales de fc y 2fc y la velocidad de transmisión (medido en
bits por segundo, bps) de la información digital de entrada son usadas para determinar si el
modulador opera en modo PSK binario o QPSK binario. Existen tres casos posibles:
a. Velocidad de transmisión = fc y no se genera ciclo de sincronización
En este caso, la velocidad de transmisión es igual a la frecuencia portadora fc y la
frecuencia del reloj es el doble de la frecuencia portadora 2fc. Un bit del juego dato digital
es cargado en el registro de control dos veces. Las salidas 00-01 del registro de control
son por consiguiente iguales, 00 o 11. La salida X del selector de datos es la señal XO
o X3. Este sistema opera en modo PSK.
b. Velocidad de transmisión = 2fc y no se genera ciclo de sincronización
En este caso, la velocidad de transmisión y la frecuencia del reloj son iguales al doble
de la frecuencia portadora, 2fc. Dos bits del juego de datos son cargados en el registro
de control cada ciclo de portadora. Las salidas del registro de control 00-01 pueden estar
en 00, 01, 11, o1 O. Este sistema por consiguiente opera en modo OPSK.
c. Velocidad de transmisión= fc o 2fc, y se genera ciclo de sincronización
Si se requiere un ciclo de sincronización, el1 circuito de control de ciclo de sincronización
producirá una señal de control para controlar el dato de salida del registro de corrimiento
de control, y luego se presenta una señal de ciclo de sincronización a la salida del
modulador. En este experimento se usa el formato del ciclo de sincronización mostrado
en la Figura 19-5. Esta señal de ciclo de sincronización es diferente de las señales
moduladas PSK/OPSK mostradas en las Figuras 19-1 y 19-2.
La señal de ciclo de sincronización puede identificarse por el detector de ciclo de sincronización
en el demodulador PSK/OPSK y puede observarse como una palabra de identificación.
Demodulador PSK/QPSK
5. 5
Existe muchos métodos y circuitos usados para reconstruir la información (señal moduladora)
de la señal modulada PSK/OPSK. En un demodulador PSK/OPSK típico, se requiere un circuito
PLL para reconstruir la señal de reloj usado en el modulador.
La Figura 19-6 muestra el diagrama de bloques del demodulador PSK/QPSK. La señal de
entrada PSK/QPSK es amplificada por el amplificador 1 y luego rectificado por el rectificador
de onda completa. El pulso del rectificador sirve de entrada al detector de fase en el PLL. Esta
señal se usa para reconstruir la señal de reloj.
La Figura 19-7 muestra el dato de salida del demodulador que es recuperado de la señal
PSK/QPSK recibida. De la Figura 19-6, varias frecuencias de reloj son producidas por el PLL y
el contador de división por N. Estas señales de reloj son usadas para reconstruir el dato de
información y para convertir la señal de sincronización al dato de ciclo de sincronización.
6. 6
La conversión del ciclo de sincronización se muestra en la Figura 19-8. La palabra de dato de
ciclo de sincronización convertida es 0111. Cuando el detector de ciclo de sincronización recibe
esta palabra de dato, se presenta un bajo para indicar la detección del ciclo de sincronización.
Descripción del Circuito Practico
1. Modulador PSK/QPSK
La Figura 19-9 muestra el diagrama esquemático del modulador PSK/QPSK. El generador de
forma de onda de precisión chip ICL8038 sirve como el generador de portadora que produce
ondas sinusoidales por cuadradas. La frecuencia del generador de portadora está determinada
por las resistencias de temporización externas R2-R3 y el condensador C2 y es
aproximadamente 7.1 KHz. Los pines 7 y 8 están interconectados para que el generador opere
en modo VCO. La señal sinusoidal generada está conectada a las entradas de la red de
conmutación de fase que consta de dos amplificadores no inversores (U2a y U2d) y dos
amplificadores inversores (U2b y U2c). Esta red de corrimiento de fase provee cuatro
corrimientos de fase 0°, 90º, 270º, y180º a las entradas de datos XO, X1, X2, y X3 del selector
de datos (U3), respectivamente. La salida del selector de datos está determinada por el estado
de las entradas de selección A y B. Una vez que se selecciona la salida, la señal modulada
PSK/QPSK es amplificada por el amplificador no inversor U8. El potenciómetro VR5 se usa
para controlar la amplitud de salida de la señal modulada PSK/QPSK.
La onda cuadrada presente en el pin 9 de U1 está conectada a la entrada del circuito de
temporización para generar una señal con una frecuencia 2fc doble de la frecuencia portadora
por la red de duplicación de frecuencia constituido por U4b, U4c, y U5a y componentes
asociados R21, R22, C6, C7. La señal 2fc está conectada a las entradas del reloj del registro
de corrimiento U7 y el contador binario de 4-bit U6a. La señal de salida del contador en 00 está
7. 7
conectada a los inversores U4f y U4d y al pin 1 de U7 (entrada de carga). La frecuencia de esta
señal es fe. La señal moduladora (información digital) está conectada a la entrada DATA (pin
2) del registro de corrimiento de control U7. Las salidas 00-01 del registro de corrimiento y la
señal en TP6 pasan a través de una compuerta XOR, y luego conectado a las entradas de
selección A y B del selector de datos.
Los contadores binarios U6a y U6b se usan para determinar la generación de un ciclo de
sincronización. La frecuencia de reloj del contador binario U6a es 2fc. La salida 01 de U6a está
conectada a la entrada de reloj de U6b, tal que la frecuencia de reloj es fc/2 y la frecuencia de
03 en U6b es fc/32. El ciclo de sincronización se genera solamente por la mitad de la duración
de 1<; 1 señal de salida de 03 o sea fc/16.
9. 9
2.) Demodulador PSK/QPSK
La Figura 19-10 muestra el diagrama esquemático del demodulador PSK/QPSK. El
amplificador U1d recibe y amplifica la señal modulada PSK/QPSK para compensar las pérdidas
y mejorar la distorsión causada en la línea de transmisión. El rectificador de onda completa,
constituido por amplificadores operacionales U1 c-U1 b y los diodos D1-D4, transforma la señal
PSK/OPSK recibida a una señal con ciclos positivos, la cual posteriormente a la entrada del
detector de fase en el PLL (U2). La señal VCO out (32fc) sirve como el generador de los pulsos
de reloj para el contador de división por N. El contador produce dos frecuencias 4fc y 2fc en las
salidas 02 y 03, respectivamente.
La señal PSK/QPSK amplificada en la terminal de salida de U1 d está conectada a la entrada
del amplificador U 1 a. U 1 a convierte la señal PSK/QPSK a una señal de pulso digital como
se muestra en la Figura19-7. Esta señal digital en TP5 pasa a través de unos inversores para
levantar la señal U3e y U3f y luego conectados a las entradas J y K* de U4.
El detector de ciclo de sincronización contiene un registro de 4 etapas (U4) y una compuerta
NANO de cuatro entradas (U5b). La frecuencia del reloj del registro es 2fc. El pulso de reinicio
generado por la red (R21, C9, U3d) se usa para reiniciar las salidas del registro Q0-Q3. El dato
digital en TP5 está conectado a las entradas J y K*. Cuando se recibe 1:1n ciclo de
sincronización, la salidas del registro Q3-Q0 es 0111,y la salida (TP13) de la compuerta NANO
de 4 entradas U5b presenta un bajo para indicar la detección de un ciclo de sincronización.
Durante TP13 en bajo, la salida de la compuerta NANO U8c está en alto, por consiguiente la
salida del demodulador esta inhibido. Para los otros juegos de salida de Q0-Q3, TP13 está en
alto.
El dato digital en TP5 se envía también a la entrada DATA del registro de corrimiento U7. La
frecuencia del reloj de U7 y lJ6b es 4fc, mientras que la velocidad de transmisión del dato de
entrada digital es igual a fe o 2fc. Las frecuencias de las salidas Q1 y Q2 del contador (U6b)
son fe y fc/2, respectivamente. La salida 01 está conectada a la entrada de carga del registro
U9 y a la terminal RX CLK OUT. El contador es reiniciado ya sea cuando se detecta un ciclo
de sincronización (TP13=0, CR=1) o cuando la salida de Q2 está en alto (Q2=1, CR=1).
La salida del dato de modulado en las salidas de Q2-Q3 de U7 está controlados por la lógica
de control (compuertas NANO U8a, b, e, d). Si no se detecta el ciclo de sincronización
(TP13=1), el dato de modulado puede enviarse a la terminal DATA OUT. Si se detecta un ciclo
de sincronización (TP13=0), el dato es bloqueado por la lógica de control.
11. 11
C. LISTADO DE MATERIALES O HERRAMIENTAS
C1. Modulo KL-96001
C2. Modulo KL-94006
C3. Modulo KL-94007
C4. Osciloscopio
C5. 2 Puntas de prueba osciloscopio
C6. Cable de Energía entre Módulos
C7. 2 Jumpers
D. INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA
Experimento 19-1 Medición y Ajuste
A. Medición y Ajuste del KL-94006
D1. Aplique las tensiones de suministro de alimentación +12V, -12V, y +5V requeridas al Modulador
PSK/QPSK en el Modulo KL-94006 mostrado en la Figura 19-9.
D2. Usando el osciloscopio, mida y registre las formas de onda y frecuencias en los puntos de
prueba TP1, TP2, y TP3 en la Tabla 19-2.
D3. Conecte CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP4. Mida y registre las formas de onda y
frecuencias en la Tabla 19-3. Fije la amplitud de la señal en TP4 a 1Vpp ajustando VR1 y
observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.
D4. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP6.Mida y registre las formas de onda
y frecuencias en la Tabla19-3. Fije la amplitud de la señal en TP6 a 2Vpp ajustando VR2y
observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.
D5. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP5.Mida y registre las formas de onda
y frecuencias en la Tabla19-3. Fije la amplitud de la señal en TP5 a 3Vpp ajustando VR3y
observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.
D6. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP3 y CH2 IN a TP7.Mida y registre las formas de onda
y frecuencias en la Tabla19-3. Fije la amplitud de la señal en TP7 a 3Vpp ajustando VR4y
observe la diferencia de fase entre estas dos formas de onda.
D7. Conecte una onda cuadrada de 500Hz, nivel TTL a la terminal Digital DATAIN.
D8. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a PSK/QPSK OUT. Mida la forma de onda y fije la amplitud
de salida a 10 Vpp ajustando VR5 y registre el resultado en la Tabla 19-4. (Nota: La frecuencia
no puede medirse en este caso.)
D9. Apague la fuente de alimentación.
12. 12
D10. Conecte PSK/QPSK OUT del Modulo KL-94006 a PSK/QPSK INPUT del Modulo KL-94007.
D11. Conecte las fuentes de alimentación requeridos en ambos
B. Medición y Ajuste del KL-94007
D12. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP4. Mida y fije las tensiones cd a -5Vdc ajustando VR2.
Úsese un DVM (Voltímetro Digital) para obtener una lectura exacta de la tensión de
alimentación.
D13. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP1. Mida la forma de onda y frecuencia y fije la amplitud
a 5Vpp ajustando VR1. Registre el resultado en la Tabla 19-5.
D14. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP1. Mida la forma de onda y frecuencia y fije la
frecuencia a 32fc ajustando VR3. Registre el resultado en la Tabla 19-6. Si la frecuencia
portadora es 8KHz, la frecuencia de la señal en TP11 deberá ser 256KHz.
D15. Conecte CH1 IN del osciloscopio a DATAOUT. Mida y registre la forma de onda y frecuencia
en la Tabla 19-7. La forma de onda en DATA OUT deberá ser la señal digital demodulada,
500Hz. Si no es así, usted puede girar ligeramente VR1 o apagar y encender nuevamente la
fuente de alimentación.
D16. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a la terminal RX CLK OUT. Mida y registre la forma de onda
y frecuencia en la Tabla 19-7. La forma de onda en RX CLK OUT debe ser la señal portadora
recuperada. Si no es así, usted puede ajustar ligeramente VR1 o apagar y encender
nuevamente la fuente de alimentación.
D17. Apague la fuente de alimentación.
Experimento19-2 Modulador PSK &QPSK
A. Medición de 2fc (KL-94006)
D18. Conecte una señal digital de 500Hz, nivel TTL en Digital DATAIN.
D19. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP12 y CH2 IN a TP13.Mida y registre las formas de
onda y frecuencias en la Tabla 19-8. Compare la diferencia de fase entre estas dos formas de
onda.
D20. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP15. Mida y registre la forma de onda y frecuencia en
la Tabla 19-8. La frecuencia debe ser el doble de la frecuencia portadora, 2fc.
B. Medición del Ciclo de sincronización
D21. Mida y registre las formas de onda y frecuencias en los puntos de prueba listados en la Tabla
19-9.
C. Medición del Registro de Corrimiento de Control
D22. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a TP10 y CH2 IN a TP11.Mida y registre las formas de
onda y frecuencias en la Tabla19-10.
D23. Repita el paso D22 para de frecuencias de señales digitales de 100Hz y 1kHz a Digital DATAIN.
13. 13
D24. Restaure la frecuencia de la señal digital de 500Hz.
D. Medición de la señal Modulada PSK/QPSK
D25. Conecte el CH1 IN del osciloscopio a PSK/QPSK OUT. Mida y registre la forma de onda con
varios settings de TIME/DIV en la Tabla 19-11.
Experimento 19-3 Demodulador PSK &QPSK
A. Medición del Detector de Ciclo de Sincronización (Modulo KL-94007)
D26. Conecte una onda cuadrada de 500Hz, nivel TTL a la terminal Digital DATA IN.
D27. Fije la tensión CD en TP4 a los valores listados en la Tabla 19-12. Usando el osciloscopio, mida
y registre las formas de onda y frecuencias en TP5, TP6, TP7, y TP13 para cada valor fijado
en la Tabla 19-12.
D28. Fije la tensión CD en TP4 a -5V.
B. Medición del Rectificador de Onda Completa
D29. Conecte una onda cuadrada de nivel TIL con frecuencias, listadas en la Tabla 19-13, a la
terminal Digital DATA IN. Usando el osciloscopio, mida y registre las formas de onda y
frecuencias en TP2, TP3, y TP9 para cada una de las frecuencias listadas en la Tabla 19-13.
D30. Conecte una onda cuadrada de 500Hz, nivel TTL a la terminal Digital DATA IN.
C. Medición de 32fc, 4fc y 2fc
D31. Mida la frecuencia en TP11 para obtener una frecuencia igual a 32fc mediante el ajuste de
VR3. Mida y registre las formas de onda y frecuencias en TP11, TP8, y TP12 en la Tabla 19-
14.
D. Medición del Registro de Corrimiento
D32. Mida y registre las formas de onda y frecuencias en TP7, TP12, TP14, U7 Q2, y U7 Q3 en la
Tabla 19-15.
E. Medición de la Salida del Demodulador
D33. Mida y registre las formas de onda y frecuencias en DATA OUT y RX CLK OUT en la Tabla 19-
16.
D34. Repita el paso D33 para las frecuencias de Digital DATA IN de 100Hz y 1 kHz.
E. RESULTADOS OBTENIDOS
E1.
F. RESULTADOS OBTENIDOS
14. 14
Tabla 19.2
Medición y ajuste Módulo KL-94006
Punto de
Prueba
Frecuencia Forma de Onda
TP1
17,24 KHz
TP2 7,24 KHz
TP3 7,24 KHz
Tabla 19.3
Medición y ajuste Módulo KL-94006
15. 15
Punto
de
Prueb
a
Forma de Onda y frecuencia
TP3
Frecuencia
7,23 KHz
TP4
Frecuencia
7,24 KHz
TP3 Y TP4
TP5
Frecuencia
7,23 KHz
TP3 Y TP5
16. 16
TP6
Frecuencia
7,23 KHz TP3 Y TP6
TP7
Frecuencia
7,23 KHz
TP3 Y TP7
Tabla 19.4
Medición y ajuste Módulo KL-94006
Punto de
Prueba
Forma de Onda
18. 18
Tabla 19.6
Medición y ajuste Módulo KL-94007
Punto de
Prueba
Forma de Onda y frecuencia
TP11
Tabla 19.7
Medición y ajuste Módulo KL-94007
Punto de
Prueba
Forma de Onda
DATA
OUT
19. 19
RX CLK
OUT
Tabla 19.8
Medición 2fc Módulo KL-94006
Punto de
Prueba
Forma de Onda y frecuencia
TP12
(CH1)
FRECUENCIA
7,23 KHz
TP13
(CH2)
FRECUENCIA
7,23 KHz
33. 33
TP14
U7 Q2
U7 Q3
Tabla 19.16
Medición del Detector de Ciclo de sincronización (KL-94007)
Frecuencia
Digital
DATA IN
(KL-94006)
Puntos de prueba
DATA OUT RX CLK OUT
35. 35
H. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES:
En un sistema de comunicación PSK/QPSK, el modulador modula la señal portadora con la
información de entrada y produce una señal modulada PSK o QPSK
El cambio de fase de 0-180° ocurre cada vez que sucede un flanco de subida o de bajada de
la señal portadora.
El parámetro que se modifica de la portadora es el ángulo de fase el cual cambia cada vez
que hay un flanco de subida o de bajada en la señal moduladora.
El tren de pulsos enviados a una frecuencia mayor hace que la modulada cambie de fase
a una frecuencia mayor.
RECOMENDACIONES:
Se recomienda revisar la teoría, ya que brinda las bases teóricas necesarias para poder
puntualizar algunas de las posibles formas de implementar un modulador y demodulador
PSK.
Se recomienda de forma opcional, previo al desarrollo de la práctica realizar un estudio para
saber con qué nos vamos a encontrar, haciendo uso de la herramienta Simulink del paquete
de simulación MatLab.
I. BIBLIOGRAFÍA
J. ANEXOS
1. ¿Por qué la señal modulada PSK/QPSK posee cuatro corrimientos distintos de fase?
Debido a que la señal portadora toma 4 valores posibles, se producen 4 desplazamientos de
fase que proveerán 4 fases distintas, correspondiendo cada uno de ellos a un dibit diferente.
2. ¿Cómo los corrimientos de fase de 90º y 270º son producidos por una red RC, la
desviación de fase puede ocurrir debido a la variación de los valores de los
componentes?
Cuando la señal modulante es una sinusoide de frecuencia única, es evidente, que el ángulo de
fase de la portadora varía de su valor no modulada bajo un enfoque de sinusoidal. La máxima
desviación de fase se llama índice de modulación.