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Universidad Nacional de Ingeniería 
Comunicaciones II 
Conferencia 13: Modulación Digital (Parte 1) 
UNIDAD V: TRANSMISIÓN PASABANDA DE SEÑALES 
DIGITALES 
Instructor: Israel M. Zamora, MS Telecommunications Management 
Profesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y Telecomunicaciones. 
Universidad Nacional de Ingeniería 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 1
Outline 
• Modelo de un sistema Pasabanda 
• Consideraciones para el diseño 
• Modulación 
• Modulación Digital 
• Ilustración de esquemas básicos binarios 
• Esquemas de detección 
• Eficiencia de Ancho de Banda 
• Ecuación general señales pasabanda 
• Relaciones de energía y potencia 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 2
Outline 
• Ecuaciones generales los esquemas básicos 
M-arios 
• Comentarios acerca de la detección 
• Esquema BPSK Coherente 
• Esquema BFSK Coherente 
• Densidad Espectral de Potencia BPSK y 
BFSK Coherentes 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 3
Generador 
de Pulsos 
Filtro 
Transmisor 
HT(f) 
Salida 
Datos 
Binarios Muestra 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ 
Dig. 
4 
Modelo de telecomunicación Pasabanda 
Modulador/ 
Demodulador 
Módem Módem 
Canal 
HC(f) 
Modulador/ 
Demodulador 
Filtro 
Receptor 
HR(f) 
Dispositivo 
de decisión 
Perturbaciones 
Datos 
Binarios 
{mk} 
Pulsos de 
Reloj 
s(t) 
r(t i ) r(t) 
Umbral 
de decisión 
en t=ti 
Red Telefónica 
POTS
Consideraciones en el diseño 
RReeqquueerriimmiieennttooss:: 
• Usar mínima Potencia de Transmisión 
• Usar mínimo Ancho de Banda 
• Transmisión Eficiente y Confiable 
• Reducir costos 
EEll ddiisseeññoo ddeeppeennddee ddee:: 
• Estructura de Modulador/Demodulador 
• Receptor óptimo 
• Modelo de Canal 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 5
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ 
Dig. 
6 
Modulación 
DDeeffiinniicciióónn 
• Es el procedimiento mediante el cual se modifica alguna de 
las características de una señal portadora (normalmente 
una señal senoidal) de alta frecuencia en concordancia a 
una señal moduladora que representa la información a 
transmitir. 
EEnn SSiisstteemmaass ddee CCoommuunniiccaacciioonneess II:: 
Modulación Analógica 
La señal moduladora es una señal analógica 
EEnn SSiisstteemmaass ddee CCoommuunniiccaacciioonneess IIII:: 
Modulación Digital 
La señal moduladora es una señal digital 
CARACTERÍSTICAS 
-Amplitud 
-Frecuencia 
-Fase 
Bandabase analógica 
Bandabase digital
Modulación Analógica 
DDeeffiinniicciióónn 
• La señal moduladora o fuente que consideramos es continua en el 
tiempo y en la amplitud. 
• EEssqquueemmaass ddee MMoodduullaacciióónn bbáássiiccooss:: 
– AM: Modulación en Amplitud (Amplitude Modulation) / (AM, SSB, DSB, VSB ) 
– PM: Modulación en Fase (Phase Modulation) 
– FM: Mdoulación en Frecuencia (Frequency Modulation) 
• CCoommbbiinnaacciioonneess oo vvaarriiaanntteess ddee llaass aanntteerriioorreess:: 
• QAM, APM, etc. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 7
Modulación Analógica 
• AM (Modulación de Amplitud) La señal de información o mensaje 
viaja intrínsecamente en la envolvente 
de la señal 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 8
Modulación Analógica 
• PM (Modulación de Fase) 
La señal de información 
o mensaje viaja 
intrínsecamente 
en los cambios continuos 
de la fase de 
de señal modulada. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 9
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ 
Dig. 
10 
Modulación Analógica 
• FM (Modulación de Frecuencia) 
La señal de información 
o mensaje viaja 
intrínsecamente 
en los cambios continuos 
de la frecuencia de 
de señal modulada.
Modulación Digital 
• CCoonnssiissttee eenn…… 
• La señal moduladora o fuente que consideramos aquí es una señal 
digital, con M símbolos o pulsos diferentes. Inicialmente 
abordaremos el caso binario (M=2) y luego el caso general M-ario, 
con M. 
• EEssqquueemmaass ddee MMoodduullaacciióónn bbáássiiccoo:: 
– ASK (OOK): Enllavamiento por Desplazamiento de Amplitud 
(Amplitude Shift Keying) 
– PSK: Enllavamiento por Desplazamiento de Fase (Phase Shift Keying) 
– FSK: Enllavamiento por Desplazamiento de Frecuencia (Frequency 
Shift Keying) 
• CCoommbbiinnaacciioonneess oo vvaarriiaanntteess ddee llaass aanntteerriioorreess:: 
• MSK (FFSK), GMSK, MFSK, DPSK, QPSK, OQPSK, p/4QPSK, 
MPSK, CFM, M-QAM, APK, OFDM, CPFSK, WDM, DWDM, etc. 
• En esta asignatura estudiaremos algunos de estos sabores... 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 11
Por qué la Modulación Digital 
• La mayoría de los sistemas pueden ser clasificados ddeennttrroo ddee ttrreess 
ddiiffeerreenntteess ccaatteeggoorrííaass:: 
• Eficientes en ancho de banda 
• La habilidad del sistema de acomodar los datos dentro de un 
ancho de banda preestablecido. 
• Eficientes en potencia 
• El envío confiable de datos con un mínimo de potencia requerido. 
• Eficientes en costos 
• Los sistemas necesitan ser costeables en el contexto de su uso. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 12
Por qué la Modulación Digital 
• Transición de entorno Analógico (AM) al Digital ((DDMM)) eenn vviissttaa qquuee 
pprroovveeee mmeejjoorr ccaappaacciiddaadd ddee iinnffoorrmmaacciióónn,, mmaayyoorr nniivveell ddee sseegguurriiddaadd 
ddee ddaattooss,, mmeejjoorr ccaalliiddaadd ddee llaa ccoommuunniiccaacciióónn.. 
• TTeennddeenncciiaa iinndduussttrriiaall:: 
QAM, FSK, QPSK, 
MSK, OFDM, etc. 
Señales Vectoriales 
TDMA, CDMA, 
Señales Vectoriales 
Medida de capacidad requerida 
Señal / Complejidad del Sistema 
AM, FM 
Señales Escalares 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 13
Por qué la Modulación Digital 
• Otra capa de complejidad eenn mmuucchhooss nnuueevvooss ssiisstteemmaass 
eess llaa multiplexación. 
• DDooss ttiippooss pprriinncciippaalleess ddee mmuullttiipplleexxiióónn ((oo ““mmúúllttiippllee 
aacccceessoo”” ssoonn:: 
– TDMA (Time Division Multiple Access) and 
– CDMA (Code Division Multiple Access). 
• HHaayy ddooss ddiiffeerreenntteess ffoorrmmaass ddee aaggrreeggaarr ddiivveerrssiiddaadd aa llaa 
sseeññaall ppeerrmmiittiieennddoo qquuee ddiiffeerreenntteess sseeññaalleess sseeaann sseeppaarraaddaass 
uunnaass ddee oottrraass.. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 14
Área de Aplicación de la Modulación Digital 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 15
Ecuación general señales pasabanda 
Ecuación general de las señales pasabanda, en forma compleja: 
~s (t) = A(t)e jq (t ) q (t) = 2π f(t)× t + β(t) 
Amplitud y Fase 
Si A(t) es una función real (sin componente imaginaria), podemos escribir: 
~s (t) = A(t)cos(2π f(t)×t + β(t)) + jA(t)sen(2π f(t)×t + β(t)) 
Forma real de la ecuación de señales pasabanda: 
s(t) = Re{~s (t)} 
s(t) = A(t)cos[2π f(t)×t + β(t)] 
Donde: 
A(t) es la amplitud en función del tiempo 
f(t) es la frecuencia en función del tiempo 
b(t) es la fase en función del tiempo 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 16
Relaciones de energía y potencia 
• Energía por símbolo o pulso 
Por tanto, la energía para un símbolo si(t), se define: 
{ [ ]} 
T 
T 
ò ò 
2 
2 
E ( t ) s (t)dt A (t)cos π f (t)t (t) dt 
2 
= = +b 
i i i 
0 
[ ] 
2 2 
0 
A (t)cos π f (t)t (t)dt 
[ ] 
i i 
T 
ò 
2 
= +b 
i i i 
0 
1 
T T 
ò ò 
1 
2 2 
A (t)dt A (t)cos π f (t)t (t)dt 
2 2 
= + +b 
2 
0 0 
T 
ò 
= 
2 
A (t)dt 
i 
i i i i 
0 
1 
2 
2 
Cuando se utiliza un esquema de modulación donde la amplitud es constante, el 
resultado se resume a: 
ENERGÍA POR 
A 2T i 
SÍMBOLO O PULSO: 
E = 
i 2 
A(t) Ei(t) 
i 
T 
= 2 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 17
Ilustración de esquemas básicos binarios 
ASK (Amplitude Shift Keying) 
i 2 0 1 2 = 2 + £ £ = 
cos ( π f t β ) T T, i , M 
s (t) E (t) 
i 
T 
c 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 18
Ilustración de esquemas básicos binarios 
FSK (Frequency Shift Keying) 
i 2 i 0 1 2 = 2 + £ £ = 
cos ( π f (t)t β ) T T, i , M 
s (t) E 
T 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 19
Ilustración de esquemas básicos binarios 
PSK (Phase Shift Keying) 
i 2 c i 0 1 2 = 2 + £ £ = 
cos [ π f t β (t)] T T, i , M 
s (t) E 
T 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 20
Representación polar (compleja) 
Representación Polar - magnitud y fase representados juntos 
• Una manera sencilla de ver la amplitud y la fase es con diagramas 
polares. 
• La portadora viene a ser una frecuencia y una fase de referencia, y 
la señal modulada se interpreta con relación a la portadora. 
• La señal modulada puede expresarse en forma polar como una 
magnitud y una fase 
•La fase es relativa a la señal de referencia. 
–Usualmente se trata de la portadora en la mayoría de sistemas 
de comunicaciones. 
• La magnitud se representa como la distancia desde el 
centro y la fase se representa como un ángulo. 
• Modulation en Amplitud (AM) 
Cambia solo la magnitud de la señal. 
• Modulation en Fase (PM) 
Cambia solo la fase de la señal. La modulación de 
amplitud y fase pueden usar conjuntamente. 
• Frequency modulation (FM) 
Luce parecida a la modulación de fase, pero la frecuencia 
es el parámetro controlado en lugar de la fase relativa. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 21
Formato I/Q 
• En comunicaciones digitales, la 
modulación a menudo se expresa en 
términos de I y Q. 
• Esta es una representación rectangular 
del diagrama polar. 
• En diagrama polar, el eje I descansa en el 
fase de referencia de cero grados, y el eje 
Q se rota 90 grados. 
• Las proyecciones de la señal en el eje I 
es su componente I (Fase) y su proyección 
en el eje Q es su componente Q 
(Cuadratura). 
• Los diagramas I/Q son útiles ya que ellos reflejan la forma como las señales digitals 
de comunicaciones son creadas usando moduladores. 
•En el transmisor, las señales I y Q se mezclan con el mismo oscilador local. Un 
desplazasor de fase de 90o se colaca en uno de los lazos. 
• Las señales en 90o se dicen ser ortogonales entre ellas – o en cuadratura. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 22
Formato I/Q: Transmisor 
• Las señales que están en cuadratura son independiente y no interfieren entre ellas. 
• Simplifica radio digitales y dispositivos similares. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 23
Formato I/Q: Receptor 
• En el lado del receptor, las señales combinadas son fácilmente 
separadas de entre ellas. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 24
Por qué Formato I/Q 
• La Modulación Digital es fácil de alcanzar con 
moduladores I/Q. 
• La mayoría de los moduladores mapean los datos en 
un número de puntos discritos en el plano I-Q. 
• Estos puntos son conocidos como puntos de 
constelación. 
• A medida que la señal se mueve de un punto a otro, 
toma lugar la modulación de amplitud y fase 
simultánemente. 
– Esto es difícil de realizar en moduladores de fase 
convencional. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 25
Esquemas de detección 
Las técnicas de detección digital pueden clasificarse en 
Coherentes y No-Coherentes, dependiendo de si el 
receptor está o no equipado con un circuito de 
recuperación de fase. 
Detección Coherente 
 El receptor explota el conocimiento de la fase de la 
portadora para detectar las señales. 
 Receptor requiere del conocimiento de la fase y 
frecuencia de la señal portadora en el transmisor 
 Debe existir sincronización entre transmisor y receptor 
Detección No-Coherente 
 El receptor ignora la información anterior. Es mucho mas 
simple. 
 No requiere de sincronización entre transmisor y receptor 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 26
Eficiencia de Ancho de Banda 
OObbjjeettiivvoo pprriinncciippaall 
• El objetivo principal de la modulación espectralmente eficiente es maximizar la 
eficiencia del ancho de banda definida como la proporción entre la velocidad de 
datos en bits por segundos y el ancho de banda utilizado efectivamente. 
OObbjjeettiivvoo sseeccuunnddaarriioo 
• Un segundo objetivo consiste en alcanzar esta eficiencia del ancho de banda a un 
gasto prácticamente mínimo de potencia promedio de la señal o, equivalentemente, 
en un canal perturbado por ruido AWGN, a un gasto prácticamente mínimo de la 
relación señal a ruido promedio. 
DDeeffiinniicciióónn:: 
• Con velocidad de datos denotada por Rb y el ancho de banda de transmisión del 
canal utilizado de manera efectiva por BWTx, se expresa la eficiencia del ancho de 
banda, r, como 
(bps Hz) 
R 
r = b / 
BW 
Tx 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 27
Relaciones de energía y potencia 
• Energía por bit 
– Esta energía no es un valor físico, sino una equivalencia lógica de 
cuánta energía de un pulso es “necesaria” para transportar un bit de 
información. (Su relación es una mera medida artificial de la energía consumida 
por un bit de información.) Se determina como: 
n log M 2 = 
E Ei 
b = 
n 
– Donde: y “n” es el número de bits de 
información acarreados por cada pulso o símbolo de un sistema 
M-ario. 
Relación Razón Energía de bit-a-Densidad Espectral de Ruido es dado: 
ö 
S 
1 
b b çè 
ö 0 0 0 0 
æ = ÷ø 
S 
ö çè 
÷ø 
æ 
÷ ÷ø 
æ 
ç çè 
SBW 
S 
ST 
= = = = 
N 
N ρ 
BW 
R 
Tx 
N R BW 
N R 
N 
E 
N 
Tx 
b 
b Tx 
b 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 28
Esquema ASK: OOK 
OOnn--OOffff KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee//NNoo ccoohheerreennttee 
1 2 cos 2 0 
( πf t); t T 
s (t) E 
« = b 
£ £ 
1 
T 
b 
0 « s ( t ) = 0 0 
£ t £ 
T 
2 
donde 
b 
c b 
E Energía de señal transmitida por bit 
b 
= 
2 
E T s2 t dt Ab T 
b = ò i = Para i = 1, 2 
2 
( ) 
0 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 29
Esquema ASK: OOK 
2 2 
CCoonnsstteellaacciióónn ddee sseeññaalleess 
2 s 1 s 
0 
b E 
Z2 
Con p(0)=p(1)=0.5 
Z1 
(t) 1 j 
1 j = = j = ò j = Tb 
(t) c 
cos ( πf t) 
T 
b 
b s ( t ) s ( t ) s s ( t ) ( t )dt E 
1 11 1 11 0 1 1 
= = ò = Tb s t s t s s t t dt 
2 21 1 21 0 2 1 ( ) j ( ) ( )j ( ) 0 
Para un conjunto de señales binarias, si s2(t) = - s1(t), estas señales se dicen que son 
ANTIPODALES (i.e., ellas difieren por el signo) 
La señalización binaria de fase revertida es equivalente a la 
señalización antipodal. 
Así, PSK binario es equivalente a ASK binario. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 30
Esquema ASK: OOK 
La señal ASK se puede pensar como un código unipolar modulando una portadora. A 
modo de ejemplo se considera el código unipolar NRZ-L con h(t) = hT(t)Accos(2p fct )donde 
hT(t) es un pulso de amplitud A, y Accos(2p fct ) es la expresión de la señal portadora. 
A 1 0 1 1 1 0 1 
x( t ) A b Π t kT 
hT(t) 
b k kT t δ b (t) x å¥ 
con h (t) A Π(t/T ) T = × 
H ( f ) AT sinc( fT ) T = 
=-¥ 
ö çè 
2 = ( ) 
S (f ) H f S (f ) X T B 
( ) å¥ 
=-¥ 
= - 
k 
d Se Tx un " 1 
" binario 
bk 0 0 
÷ø 
÷ S(f ) A A d T c fT æ 
n 
çè 
f ö - + + c f f f f 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 31 
÷ø 
= æ - 
k 
k T 
-T/2 T/2 
tiempo 
1 0 1 1 1 0 1 
tiempo 
î í ì 
= 
Se Tx un " " binario 
sin ( ) 1 1 { ( ) ( )} 
16 
2 
2 2 2 
c c 
n 
T 
T 
ö 
ç çè 
÷ø 
æ - + = å¥ 
=-¥ 
d d d
Esquema ASK: OOK 
La expresión puede resumirse mas: 
S(f ) » A A d T c fT +d f d - + d 
+ 
sin ( ) ( ) { ( ) ( )} 
2 2 2 
þ ý ü 
î í ì 
c f f f f 
16 
2 
c c 
T 
S(f ) » A A d T c fT +d f d - + d 
+ 
sin ( ) ( ) { ( ) ( )} 
2 2 2 
þ ý ü 
î í ì 
c f f f f 
16 
2 
c c 
T 
S(f ) AA dT f f c f f T f f 
c 
» æ c f f T 
[( ) ] [( ) ] 
ö çè 
c c 2 2 
Por lo que tomando la parte espectral de frecuencias con sentido físico (valores positivos 
de f), podemos expresar que: 
2 
S (f ) AA dT d 
( f - f ) + sin 
- 
c 
» æ c f f T 
[( ) ] 
þ ý ü 
î í ì 
ö çè 
c c 
÷ø 
T 
OOK 
2 
16 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 32 
þ ý ü 
î í ì 
- + - + + + + 
÷ø 
T 
T 
c 
c 
2 
( ) sin ( ) sin 
16 
d d
Esquema ASK: OOK 
S (f ) AA dT f f c 
» æ c f f T 
[( ) ] 
ö çè 
c c 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 33 
þ ý ü 
î í ì 
- + - 
÷ø 
T 
OOK 
2 
2 
( ) sin 
16 
d
Esquema ASK: OOK 
 ASK se puede detectar con un detector de envolvente (detección nocoherente) o 
mediante un detector de producto (detección coherente). 
 Posteriormente se demostrará que la forma más eficiente de detectar ASK en presencia 
de ruido AWGN es mediante el detector de producto con filtro sincronizado. 
Este procedimiento requiere generar localmente una portadora sincronizada y, además, 
obtener en forma local la información de sincronismo de señalización (comienzo y fin de 
un intervalo de un bit). 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 34
Esquema ASK: OOK 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 35
Esquema ASK: OOK 
 Hoy en día el uso de ASK es muy limitado. Donde ha encontrado aplicaciones 
interesantes es, entre otros, en las alarmas de automóvil, tags o membretes electrónicos 
usados en plazas de peaje de pago automático y cierres electrónicos tele-comandados. 
 En este caso se han diseñado receptores superregenerativos de unos pocos 
transistores, y por ello, de muy bajo consumo y muy alta ganancia que son capaces de 
demodular las señales ASK. 
 Esto permite encapsular al Tx/Rx en espacios muy reducidos, como ser llaveros. 
 La familia de receptores superregenerativos está basada en circuitos osciladores cuya 
ganancia se controla de tal modo que estén en el umbral de oscilación, o que mediante 
una señal de quench adicional se hagan oscilar. 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 36
Esquema BPSK Coherente 
BBiinnaarryy PPhhaassee SShhiifftt KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee 
1 2 2 0 
cos ( πf t); t T 
s (t) E 
« = £ £ 
T 
1 
s ( t ) E 
0 2 2 2 2 0 
« = p +p = - p £ £ 
donde 
cos( f t ) E 
T 
T 
E Energía de señal transmitida por bit 
b 
= 
T n 
; n es un entero. 
f 
cos( f t); t T 
c 
c 
c 
E T s2 t dt Ab T 
b = ò i = Para i = 1, 2 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 37 
b 
c b 
b 
b 
c 
b 
b 
c b 
b 
b 
= 
2 
Es decir, hay un número entero de ciclos 
de portadora en un intervalo de un bit. 
2 
( ) 
2 
0
Esquema BPSK Coherente 
BBiinnaarryy PPhhaassee SShhiifftt KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee 
2 2 
(t) 1 j 
(t) c 
cos ( πf t) 
T 
b 
CCoonnsstteellaacciióónn ddee sseeññaalleess 
Z2 Z1 
2 s 1 0 s 
1 j = 
b - E b E 
Con p(0)=p(1)=0.5 
= j = ò j = Tb 
b s ( t ) s ( t ) s s ( t ) ( t )dt E 
1 11 1 11 0 1 1 
= j = ò j = - Tb 
b s ( t ) s ( t ) s s ( t ) ( t )dt E 
2 21 1 21 0 2 1 
Para un conjunto de señales binarias, si s2(t) = - s1(t), estas señales se dicen que son 
ANTIPODALES (i.e., ellas difieren por el signo) 
La señalización binaria de fase revertida es equivalente a la 
señalización antipodal. 
Así, PSK binario es equivalente a ASK binario. 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 38
Esquema BPSK Coherente 
La señal BSK se puede pensar como un código polar modulando en amplitud una 
portadora si el desafasamiento es de 180o. A modo de ejemplo se considera el código 
polar NRZ-L con h(t) = hT(t)Accos(2p fct )donde hT(t) es un pulso de amplitud A, y 
Accos(2p fct ) es la expresión de la señal portadora. 
A 1 0 1 1 1 0 1 
x( t ) A b Π t kT 
hT(t) 
b k kT t δ b (t) x å¥ 
con h (t) A Π(t/T ) T = × 
H ( f ) AT sinc( fT ) T = 
=-¥ 
2 = 
ö çè 
S (f ) H S (f ) X T B 
( ) å¥ 
=-¥ 
= - 
k 
d Se Tx un " " binario 
1 
bk 0 
S(f ) = A Ac d T c fT d f - f +d f + f 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 39 
÷ø 
= æ - 
k 
k T 
-T/2 T/2 
tiempo 
1 0 1 1 1 0 1 
tiempo 
î í ì 
- 
= 
d Se Tx un " " binario 
sin ( ){ ( ) ( )} 
4 
2 
2 2 2 
c c
Esquema BPSK Coherente 
La expresión puede resumirse mas: 
2 2 2 
S(f ) » A A d T { c 2 [ f - f T ] + c 2 
[ f + 
f T]} c c 
c sin ( ) sin ( ) 
4 
Por lo que tomando la parte espectral de frecuencias con sentido físico (valores positivos 
de f), podemos expresar que: 
2 2 2 
S (f ) » A A d T c 
( sin c 2 
[ ( f - f ) 
T ]) BPSK - 
coh c 
4 
Integrando, se comprueba que la potencia total, cuando A=d=1, es de Ac 
2/2 como 
se esperar; además no hay componentes de portadora pura como en ASK, toda la 
potencia es de señal modulada. 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 40
Esquema BPSK Coherente 
2 2 2 
S (f ) » A A d T c 
( sin c 2 
[ ( f - f ) 
T ]) BPSK - 
coh c 
4 
2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 41
Esquema BPSK Coherente 
TTrraannssmmiissoorr BBPPSSKK CCoohheerreennttee 
b X ± E 
s(t) + 
( t ) 2 cos(2 f t 
) 1 c 
j = p 
T 
b 
Señal BPSK 
Función 
ortogonal 
r(t) = s(t)+n(t) 
T 
dt 
0 
Dispositivo 
de 
Decisión 
n(t) AWGN 
1 0 
î í ì 
RReecceeppttoorr BBPPSSKK CCoohheerreennttee 
X 
r(t) = s(t)+n(t) 
( t ) 2 cos(2 f t 
) 1 c 
j = p 
T 
b 
ò 
> 
si r 
1 
si r 
0 < 
0 
1 
Función 
ortogonal 
NOTA: La detección coherente implica que la portadora generada localmente está 
enllavada en fase y frecuencia con alguna forma de Lazo Cerrado de Fase (PLL). 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 42
Esquema BFSK Coherente 
s (t) 
i 
BBiinnaarryy FFrreeccuueennccyy SShhiifftt KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee 
ì 
= £ £ 1 2 
0 
donde 
; i , . 
2 2 0 
cos ( πf t); t T 
E 
T 
b 
b 
; Otra parte 
i b 
ïî 
ïí 
E = 
Energía de señal transmitida por bit 
= + Î 
= 
; n E para número entero de ciclos de onda portadora. 
b 
f n i 
c 
T 
c 
b 
i 
Para el caso binario, las frecuencias se resumen a: 
f = n +1 0 £ £ 
1 b 
c t T 
T 
b 
b 
f = n +2 = + 1 0 £ £ 
c t T 
T 
f 
y 2 1 
T 
b b 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 43
( ) 2 j t 
Con energía de bit (otra vez): 
E T s2 t dt Ab T 
b = ò i = 
2S 2009 – I. Zamora 
j = p 
Z2 
Z1 
2 j = p 
UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 
44 
Esquema BFSK Coherente 
c Binary Frecuency Shift Keying coonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee 
( ) 2 cos(2 ) 1 1f t 
T 
t 
b 
( ) 2 cos(2 ) 1 2f t 
T 
t 
b 
( ) 
2 
0 
Funciones 
ortonormales: 
b E 
b E 
2 s 
1 0 s 
( ) 1 j t 
b d = 2E 
Con p(s1)=p(s2)=0.5
Esquema BFSK Coherente 
s(t) 
Transmisor binario ( E 
ó 0) + 
b X 
( ) 2 j t 
X 
( ) 1 j t 
Inversor 
RReecceeppttoorr BBFFSSKK CCoohheerreennttee 
T 
ò 
dt 
0 
TTrraannssmmiissoorr BBFFSSKK 
Señal BFSK 
å 
X 
r(t) ( ) 1 j t 
Dispositivo 
de 
Decisión 
X 
( ) 1 j t 
T 
ò 
dt 
0 
+ 
å 
- 
r 
1 0 
î í ì 
> 
si r 
1 
si r 
0 < 
0 
1 
n(t) 
AWGN 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 45
Densidad Espectral de Potencia BFSK Coherentes 
La densidad espectral de potencia de una señal banda base binaria FSK está dado por 
el cuadrado de la transformada de Fourier de las señales pasabanda correspondiente. 
2 
E T f 
d d p FSK 
8 cos ( ) 
b b 
2 2 2 2 
- 
T f 
(4 1) 
1 
T 
2 
1 
T 
2 
f 
S f E 
= b 
- 
T 
2 
( ) 
ù 
ö 
÷ ÷ø 
+ úû 
é 
êë 
æ 
ö 
+ + ÷ ÷ø 
ç çè 
æ 
ç çè 
f 
b 
b b b 
p 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 46
Densidad Espectral de Potencia BPSK y BFSK Coherente 
2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 47
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  • 1. Universidad Nacional de Ingeniería Comunicaciones II Conferencia 13: Modulación Digital (Parte 1) UNIDAD V: TRANSMISIÓN PASABANDA DE SEÑALES DIGITALES Instructor: Israel M. Zamora, MS Telecommunications Management Profesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y Telecomunicaciones. Universidad Nacional de Ingeniería 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 1
  • 2. Outline • Modelo de un sistema Pasabanda • Consideraciones para el diseño • Modulación • Modulación Digital • Ilustración de esquemas básicos binarios • Esquemas de detección • Eficiencia de Ancho de Banda • Ecuación general señales pasabanda • Relaciones de energía y potencia 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 2
  • 3. Outline • Ecuaciones generales los esquemas básicos M-arios • Comentarios acerca de la detección • Esquema BPSK Coherente • Esquema BFSK Coherente • Densidad Espectral de Potencia BPSK y BFSK Coherentes 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 3
  • 4. Generador de Pulsos Filtro Transmisor HT(f) Salida Datos Binarios Muestra 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 4 Modelo de telecomunicación Pasabanda Modulador/ Demodulador Módem Módem Canal HC(f) Modulador/ Demodulador Filtro Receptor HR(f) Dispositivo de decisión Perturbaciones Datos Binarios {mk} Pulsos de Reloj s(t) r(t i ) r(t) Umbral de decisión en t=ti Red Telefónica POTS
  • 5. Consideraciones en el diseño RReeqquueerriimmiieennttooss:: • Usar mínima Potencia de Transmisión • Usar mínimo Ancho de Banda • Transmisión Eficiente y Confiable • Reducir costos EEll ddiisseeññoo ddeeppeennddee ddee:: • Estructura de Modulador/Demodulador • Receptor óptimo • Modelo de Canal 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 5
  • 6. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 6 Modulación DDeeffiinniicciióónn • Es el procedimiento mediante el cual se modifica alguna de las características de una señal portadora (normalmente una señal senoidal) de alta frecuencia en concordancia a una señal moduladora que representa la información a transmitir. EEnn SSiisstteemmaass ddee CCoommuunniiccaacciioonneess II:: Modulación Analógica La señal moduladora es una señal analógica EEnn SSiisstteemmaass ddee CCoommuunniiccaacciioonneess IIII:: Modulación Digital La señal moduladora es una señal digital CARACTERÍSTICAS -Amplitud -Frecuencia -Fase Bandabase analógica Bandabase digital
  • 7. Modulación Analógica DDeeffiinniicciióónn • La señal moduladora o fuente que consideramos es continua en el tiempo y en la amplitud. • EEssqquueemmaass ddee MMoodduullaacciióónn bbáássiiccooss:: – AM: Modulación en Amplitud (Amplitude Modulation) / (AM, SSB, DSB, VSB ) – PM: Modulación en Fase (Phase Modulation) – FM: Mdoulación en Frecuencia (Frequency Modulation) • CCoommbbiinnaacciioonneess oo vvaarriiaanntteess ddee llaass aanntteerriioorreess:: • QAM, APM, etc. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 7
  • 8. Modulación Analógica • AM (Modulación de Amplitud) La señal de información o mensaje viaja intrínsecamente en la envolvente de la señal 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 8
  • 9. Modulación Analógica • PM (Modulación de Fase) La señal de información o mensaje viaja intrínsecamente en los cambios continuos de la fase de de señal modulada. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 9
  • 10. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 10 Modulación Analógica • FM (Modulación de Frecuencia) La señal de información o mensaje viaja intrínsecamente en los cambios continuos de la frecuencia de de señal modulada.
  • 11. Modulación Digital • CCoonnssiissttee eenn…… • La señal moduladora o fuente que consideramos aquí es una señal digital, con M símbolos o pulsos diferentes. Inicialmente abordaremos el caso binario (M=2) y luego el caso general M-ario, con M. • EEssqquueemmaass ddee MMoodduullaacciióónn bbáássiiccoo:: – ASK (OOK): Enllavamiento por Desplazamiento de Amplitud (Amplitude Shift Keying) – PSK: Enllavamiento por Desplazamiento de Fase (Phase Shift Keying) – FSK: Enllavamiento por Desplazamiento de Frecuencia (Frequency Shift Keying) • CCoommbbiinnaacciioonneess oo vvaarriiaanntteess ddee llaass aanntteerriioorreess:: • MSK (FFSK), GMSK, MFSK, DPSK, QPSK, OQPSK, p/4QPSK, MPSK, CFM, M-QAM, APK, OFDM, CPFSK, WDM, DWDM, etc. • En esta asignatura estudiaremos algunos de estos sabores... 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 11
  • 12. Por qué la Modulación Digital • La mayoría de los sistemas pueden ser clasificados ddeennttrroo ddee ttrreess ddiiffeerreenntteess ccaatteeggoorrííaass:: • Eficientes en ancho de banda • La habilidad del sistema de acomodar los datos dentro de un ancho de banda preestablecido. • Eficientes en potencia • El envío confiable de datos con un mínimo de potencia requerido. • Eficientes en costos • Los sistemas necesitan ser costeables en el contexto de su uso. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 12
  • 13. Por qué la Modulación Digital • Transición de entorno Analógico (AM) al Digital ((DDMM)) eenn vviissttaa qquuee pprroovveeee mmeejjoorr ccaappaacciiddaadd ddee iinnffoorrmmaacciióónn,, mmaayyoorr nniivveell ddee sseegguurriiddaadd ddee ddaattooss,, mmeejjoorr ccaalliiddaadd ddee llaa ccoommuunniiccaacciióónn.. • TTeennddeenncciiaa iinndduussttrriiaall:: QAM, FSK, QPSK, MSK, OFDM, etc. Señales Vectoriales TDMA, CDMA, Señales Vectoriales Medida de capacidad requerida Señal / Complejidad del Sistema AM, FM Señales Escalares 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 13
  • 14. Por qué la Modulación Digital • Otra capa de complejidad eenn mmuucchhooss nnuueevvooss ssiisstteemmaass eess llaa multiplexación. • DDooss ttiippooss pprriinncciippaalleess ddee mmuullttiipplleexxiióónn ((oo ““mmúúllttiippllee aacccceessoo”” ssoonn:: – TDMA (Time Division Multiple Access) and – CDMA (Code Division Multiple Access). • HHaayy ddooss ddiiffeerreenntteess ffoorrmmaass ddee aaggrreeggaarr ddiivveerrssiiddaadd aa llaa sseeññaall ppeerrmmiittiieennddoo qquuee ddiiffeerreenntteess sseeññaalleess sseeaann sseeppaarraaddaass uunnaass ddee oottrraass.. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 14
  • 15. Área de Aplicación de la Modulación Digital 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 15
  • 16. Ecuación general señales pasabanda Ecuación general de las señales pasabanda, en forma compleja: ~s (t) = A(t)e jq (t ) q (t) = 2π f(t)× t + β(t) Amplitud y Fase Si A(t) es una función real (sin componente imaginaria), podemos escribir: ~s (t) = A(t)cos(2π f(t)×t + β(t)) + jA(t)sen(2π f(t)×t + β(t)) Forma real de la ecuación de señales pasabanda: s(t) = Re{~s (t)} s(t) = A(t)cos[2π f(t)×t + β(t)] Donde: A(t) es la amplitud en función del tiempo f(t) es la frecuencia en función del tiempo b(t) es la fase en función del tiempo 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 16
  • 17. Relaciones de energía y potencia • Energía por símbolo o pulso Por tanto, la energía para un símbolo si(t), se define: { [ ]} T T ò ò 2 2 E ( t ) s (t)dt A (t)cos π f (t)t (t) dt 2 = = +b i i i 0 [ ] 2 2 0 A (t)cos π f (t)t (t)dt [ ] i i T ò 2 = +b i i i 0 1 T T ò ò 1 2 2 A (t)dt A (t)cos π f (t)t (t)dt 2 2 = + +b 2 0 0 T ò = 2 A (t)dt i i i i i 0 1 2 2 Cuando se utiliza un esquema de modulación donde la amplitud es constante, el resultado se resume a: ENERGÍA POR A 2T i SÍMBOLO O PULSO: E = i 2 A(t) Ei(t) i T = 2 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 17
  • 18. Ilustración de esquemas básicos binarios ASK (Amplitude Shift Keying) i 2 0 1 2 = 2 + £ £ = cos ( π f t β ) T T, i , M s (t) E (t) i T c 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 18
  • 19. Ilustración de esquemas básicos binarios FSK (Frequency Shift Keying) i 2 i 0 1 2 = 2 + £ £ = cos ( π f (t)t β ) T T, i , M s (t) E T 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 19
  • 20. Ilustración de esquemas básicos binarios PSK (Phase Shift Keying) i 2 c i 0 1 2 = 2 + £ £ = cos [ π f t β (t)] T T, i , M s (t) E T 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 20
  • 21. Representación polar (compleja) Representación Polar - magnitud y fase representados juntos • Una manera sencilla de ver la amplitud y la fase es con diagramas polares. • La portadora viene a ser una frecuencia y una fase de referencia, y la señal modulada se interpreta con relación a la portadora. • La señal modulada puede expresarse en forma polar como una magnitud y una fase •La fase es relativa a la señal de referencia. –Usualmente se trata de la portadora en la mayoría de sistemas de comunicaciones. • La magnitud se representa como la distancia desde el centro y la fase se representa como un ángulo. • Modulation en Amplitud (AM) Cambia solo la magnitud de la señal. • Modulation en Fase (PM) Cambia solo la fase de la señal. La modulación de amplitud y fase pueden usar conjuntamente. • Frequency modulation (FM) Luce parecida a la modulación de fase, pero la frecuencia es el parámetro controlado en lugar de la fase relativa. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 21
  • 22. Formato I/Q • En comunicaciones digitales, la modulación a menudo se expresa en términos de I y Q. • Esta es una representación rectangular del diagrama polar. • En diagrama polar, el eje I descansa en el fase de referencia de cero grados, y el eje Q se rota 90 grados. • Las proyecciones de la señal en el eje I es su componente I (Fase) y su proyección en el eje Q es su componente Q (Cuadratura). • Los diagramas I/Q son útiles ya que ellos reflejan la forma como las señales digitals de comunicaciones son creadas usando moduladores. •En el transmisor, las señales I y Q se mezclan con el mismo oscilador local. Un desplazasor de fase de 90o se colaca en uno de los lazos. • Las señales en 90o se dicen ser ortogonales entre ellas – o en cuadratura. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 22
  • 23. Formato I/Q: Transmisor • Las señales que están en cuadratura son independiente y no interfieren entre ellas. • Simplifica radio digitales y dispositivos similares. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 23
  • 24. Formato I/Q: Receptor • En el lado del receptor, las señales combinadas son fácilmente separadas de entre ellas. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 24
  • 25. Por qué Formato I/Q • La Modulación Digital es fácil de alcanzar con moduladores I/Q. • La mayoría de los moduladores mapean los datos en un número de puntos discritos en el plano I-Q. • Estos puntos son conocidos como puntos de constelación. • A medida que la señal se mueve de un punto a otro, toma lugar la modulación de amplitud y fase simultánemente. – Esto es difícil de realizar en moduladores de fase convencional. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 25
  • 26. Esquemas de detección Las técnicas de detección digital pueden clasificarse en Coherentes y No-Coherentes, dependiendo de si el receptor está o no equipado con un circuito de recuperación de fase. Detección Coherente  El receptor explota el conocimiento de la fase de la portadora para detectar las señales.  Receptor requiere del conocimiento de la fase y frecuencia de la señal portadora en el transmisor  Debe existir sincronización entre transmisor y receptor Detección No-Coherente  El receptor ignora la información anterior. Es mucho mas simple.  No requiere de sincronización entre transmisor y receptor 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 26
  • 27. Eficiencia de Ancho de Banda OObbjjeettiivvoo pprriinncciippaall • El objetivo principal de la modulación espectralmente eficiente es maximizar la eficiencia del ancho de banda definida como la proporción entre la velocidad de datos en bits por segundos y el ancho de banda utilizado efectivamente. OObbjjeettiivvoo sseeccuunnddaarriioo • Un segundo objetivo consiste en alcanzar esta eficiencia del ancho de banda a un gasto prácticamente mínimo de potencia promedio de la señal o, equivalentemente, en un canal perturbado por ruido AWGN, a un gasto prácticamente mínimo de la relación señal a ruido promedio. DDeeffiinniicciióónn:: • Con velocidad de datos denotada por Rb y el ancho de banda de transmisión del canal utilizado de manera efectiva por BWTx, se expresa la eficiencia del ancho de banda, r, como (bps Hz) R r = b / BW Tx 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 27
  • 28. Relaciones de energía y potencia • Energía por bit – Esta energía no es un valor físico, sino una equivalencia lógica de cuánta energía de un pulso es “necesaria” para transportar un bit de información. (Su relación es una mera medida artificial de la energía consumida por un bit de información.) Se determina como: n log M 2 = E Ei b = n – Donde: y “n” es el número de bits de información acarreados por cada pulso o símbolo de un sistema M-ario. Relación Razón Energía de bit-a-Densidad Espectral de Ruido es dado: ö S 1 b b çè ö 0 0 0 0 æ = ÷ø S ö çè ÷ø æ ÷ ÷ø æ ç çè SBW S ST = = = = N N ρ BW R Tx N R BW N R N E N Tx b b Tx b 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 28
  • 29. Esquema ASK: OOK OOnn--OOffff KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee//NNoo ccoohheerreennttee 1 2 cos 2 0 ( πf t); t T s (t) E « = b £ £ 1 T b 0 « s ( t ) = 0 0 £ t £ T 2 donde b c b E Energía de señal transmitida por bit b = 2 E T s2 t dt Ab T b = ò i = Para i = 1, 2 2 ( ) 0 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 29
  • 30. Esquema ASK: OOK 2 2 CCoonnsstteellaacciióónn ddee sseeññaalleess 2 s 1 s 0 b E Z2 Con p(0)=p(1)=0.5 Z1 (t) 1 j 1 j = = j = ò j = Tb (t) c cos ( πf t) T b b s ( t ) s ( t ) s s ( t ) ( t )dt E 1 11 1 11 0 1 1 = = ò = Tb s t s t s s t t dt 2 21 1 21 0 2 1 ( ) j ( ) ( )j ( ) 0 Para un conjunto de señales binarias, si s2(t) = - s1(t), estas señales se dicen que son ANTIPODALES (i.e., ellas difieren por el signo) La señalización binaria de fase revertida es equivalente a la señalización antipodal. Así, PSK binario es equivalente a ASK binario. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 30
  • 31. Esquema ASK: OOK La señal ASK se puede pensar como un código unipolar modulando una portadora. A modo de ejemplo se considera el código unipolar NRZ-L con h(t) = hT(t)Accos(2p fct )donde hT(t) es un pulso de amplitud A, y Accos(2p fct ) es la expresión de la señal portadora. A 1 0 1 1 1 0 1 x( t ) A b Π t kT hT(t) b k kT t δ b (t) x å¥ con h (t) A Π(t/T ) T = × H ( f ) AT sinc( fT ) T = =-¥ ö çè 2 = ( ) S (f ) H f S (f ) X T B ( ) å¥ =-¥ = - k d Se Tx un " 1 " binario bk 0 0 ÷ø ÷ S(f ) A A d T c fT æ n çè f ö - + + c f f f f 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 31 ÷ø = æ - k k T -T/2 T/2 tiempo 1 0 1 1 1 0 1 tiempo î í ì = Se Tx un " " binario sin ( ) 1 1 { ( ) ( )} 16 2 2 2 2 c c n T T ö ç çè ÷ø æ - + = å¥ =-¥ d d d
  • 32. Esquema ASK: OOK La expresión puede resumirse mas: S(f ) » A A d T c fT +d f d - + d + sin ( ) ( ) { ( ) ( )} 2 2 2 þ ý ü î í ì c f f f f 16 2 c c T S(f ) » A A d T c fT +d f d - + d + sin ( ) ( ) { ( ) ( )} 2 2 2 þ ý ü î í ì c f f f f 16 2 c c T S(f ) AA dT f f c f f T f f c » æ c f f T [( ) ] [( ) ] ö çè c c 2 2 Por lo que tomando la parte espectral de frecuencias con sentido físico (valores positivos de f), podemos expresar que: 2 S (f ) AA dT d ( f - f ) + sin - c » æ c f f T [( ) ] þ ý ü î í ì ö çè c c ÷ø T OOK 2 16 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 32 þ ý ü î í ì - + - + + + + ÷ø T T c c 2 ( ) sin ( ) sin 16 d d
  • 33. Esquema ASK: OOK S (f ) AA dT f f c » æ c f f T [( ) ] ö çè c c 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 33 þ ý ü î í ì - + - ÷ø T OOK 2 2 ( ) sin 16 d
  • 34. Esquema ASK: OOK  ASK se puede detectar con un detector de envolvente (detección nocoherente) o mediante un detector de producto (detección coherente).  Posteriormente se demostrará que la forma más eficiente de detectar ASK en presencia de ruido AWGN es mediante el detector de producto con filtro sincronizado. Este procedimiento requiere generar localmente una portadora sincronizada y, además, obtener en forma local la información de sincronismo de señalización (comienzo y fin de un intervalo de un bit). 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 34
  • 35. Esquema ASK: OOK 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 35
  • 36. Esquema ASK: OOK  Hoy en día el uso de ASK es muy limitado. Donde ha encontrado aplicaciones interesantes es, entre otros, en las alarmas de automóvil, tags o membretes electrónicos usados en plazas de peaje de pago automático y cierres electrónicos tele-comandados.  En este caso se han diseñado receptores superregenerativos de unos pocos transistores, y por ello, de muy bajo consumo y muy alta ganancia que son capaces de demodular las señales ASK.  Esto permite encapsular al Tx/Rx en espacios muy reducidos, como ser llaveros.  La familia de receptores superregenerativos está basada en circuitos osciladores cuya ganancia se controla de tal modo que estén en el umbral de oscilación, o que mediante una señal de quench adicional se hagan oscilar. 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 36
  • 37. Esquema BPSK Coherente BBiinnaarryy PPhhaassee SShhiifftt KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee 1 2 2 0 cos ( πf t); t T s (t) E « = £ £ T 1 s ( t ) E 0 2 2 2 2 0 « = p +p = - p £ £ donde cos( f t ) E T T E Energía de señal transmitida por bit b = T n ; n es un entero. f cos( f t); t T c c c E T s2 t dt Ab T b = ò i = Para i = 1, 2 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 37 b c b b b c b b c b b b = 2 Es decir, hay un número entero de ciclos de portadora en un intervalo de un bit. 2 ( ) 2 0
  • 38. Esquema BPSK Coherente BBiinnaarryy PPhhaassee SShhiifftt KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee 2 2 (t) 1 j (t) c cos ( πf t) T b CCoonnsstteellaacciióónn ddee sseeññaalleess Z2 Z1 2 s 1 0 s 1 j = b - E b E Con p(0)=p(1)=0.5 = j = ò j = Tb b s ( t ) s ( t ) s s ( t ) ( t )dt E 1 11 1 11 0 1 1 = j = ò j = - Tb b s ( t ) s ( t ) s s ( t ) ( t )dt E 2 21 1 21 0 2 1 Para un conjunto de señales binarias, si s2(t) = - s1(t), estas señales se dicen que son ANTIPODALES (i.e., ellas difieren por el signo) La señalización binaria de fase revertida es equivalente a la señalización antipodal. Así, PSK binario es equivalente a ASK binario. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 38
  • 39. Esquema BPSK Coherente La señal BSK se puede pensar como un código polar modulando en amplitud una portadora si el desafasamiento es de 180o. A modo de ejemplo se considera el código polar NRZ-L con h(t) = hT(t)Accos(2p fct )donde hT(t) es un pulso de amplitud A, y Accos(2p fct ) es la expresión de la señal portadora. A 1 0 1 1 1 0 1 x( t ) A b Π t kT hT(t) b k kT t δ b (t) x å¥ con h (t) A Π(t/T ) T = × H ( f ) AT sinc( fT ) T = =-¥ 2 = ö çè S (f ) H S (f ) X T B ( ) å¥ =-¥ = - k d Se Tx un " " binario 1 bk 0 S(f ) = A Ac d T c fT d f - f +d f + f 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 39 ÷ø = æ - k k T -T/2 T/2 tiempo 1 0 1 1 1 0 1 tiempo î í ì - = d Se Tx un " " binario sin ( ){ ( ) ( )} 4 2 2 2 2 c c
  • 40. Esquema BPSK Coherente La expresión puede resumirse mas: 2 2 2 S(f ) » A A d T { c 2 [ f - f T ] + c 2 [ f + f T]} c c c sin ( ) sin ( ) 4 Por lo que tomando la parte espectral de frecuencias con sentido físico (valores positivos de f), podemos expresar que: 2 2 2 S (f ) » A A d T c ( sin c 2 [ ( f - f ) T ]) BPSK - coh c 4 Integrando, se comprueba que la potencia total, cuando A=d=1, es de Ac 2/2 como se esperar; además no hay componentes de portadora pura como en ASK, toda la potencia es de señal modulada. 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 40
  • 41. Esquema BPSK Coherente 2 2 2 S (f ) » A A d T c ( sin c 2 [ ( f - f ) T ]) BPSK - coh c 4 2S 2009- I. Zamora Uni III - Conf 9: Cod línea y PSD 41
  • 42. Esquema BPSK Coherente TTrraannssmmiissoorr BBPPSSKK CCoohheerreennttee b X ± E s(t) + ( t ) 2 cos(2 f t ) 1 c j = p T b Señal BPSK Función ortogonal r(t) = s(t)+n(t) T dt 0 Dispositivo de Decisión n(t) AWGN 1 0 î í ì RReecceeppttoorr BBPPSSKK CCoohheerreennttee X r(t) = s(t)+n(t) ( t ) 2 cos(2 f t ) 1 c j = p T b ò > si r 1 si r 0 < 0 1 Función ortogonal NOTA: La detección coherente implica que la portadora generada localmente está enllavada en fase y frecuencia con alguna forma de Lazo Cerrado de Fase (PLL). 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 42
  • 43. Esquema BFSK Coherente s (t) i BBiinnaarryy FFrreeccuueennccyy SShhiifftt KKeeyyiinngg ccoonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee ì = £ £ 1 2 0 donde ; i , . 2 2 0 cos ( πf t); t T E T b b ; Otra parte i b ïî ïí E = Energía de señal transmitida por bit = + Î = ; n E para número entero de ciclos de onda portadora. b f n i c T c b i Para el caso binario, las frecuencias se resumen a: f = n +1 0 £ £ 1 b c t T T b b f = n +2 = + 1 0 £ £ c t T T f y 2 1 T b b 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 43
  • 44. ( ) 2 j t Con energía de bit (otra vez): E T s2 t dt Ab T b = ò i = 2S 2009 – I. Zamora j = p Z2 Z1 2 j = p UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 44 Esquema BFSK Coherente c Binary Frecuency Shift Keying coonn ddeetteecccciióónn CCoohheerreennttee ( ) 2 cos(2 ) 1 1f t T t b ( ) 2 cos(2 ) 1 2f t T t b ( ) 2 0 Funciones ortonormales: b E b E 2 s 1 0 s ( ) 1 j t b d = 2E Con p(s1)=p(s2)=0.5
  • 45. Esquema BFSK Coherente s(t) Transmisor binario ( E ó 0) + b X ( ) 2 j t X ( ) 1 j t Inversor RReecceeppttoorr BBFFSSKK CCoohheerreennttee T ò dt 0 TTrraannssmmiissoorr BBFFSSKK Señal BFSK å X r(t) ( ) 1 j t Dispositivo de Decisión X ( ) 1 j t T ò dt 0 + å - r 1 0 î í ì > si r 1 si r 0 < 0 1 n(t) AWGN 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 45
  • 46. Densidad Espectral de Potencia BFSK Coherentes La densidad espectral de potencia de una señal banda base binaria FSK está dado por el cuadrado de la transformada de Fourier de las señales pasabanda correspondiente. 2 E T f d d p FSK 8 cos ( ) b b 2 2 2 2 - T f (4 1) 1 T 2 1 T 2 f S f E = b - T 2 ( ) ù ö ÷ ÷ø + úû é êë æ ö + + ÷ ÷ø ç çè æ ç çè f b b b b p 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 46
  • 47. Densidad Espectral de Potencia BPSK y BFSK Coherente 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 47
  • 48. 2S 2009 – I. Zamora UniV-Conf13:Tx Pasabanda de Señ Dig. 48