Este documento presenta información sobre conceptos clave de radiocomunicaciones como modulación, codificación y técnicas de acceso al medio. Explica los tipos de modulación analógica y digital, así como ejemplos de cada una. También describe brevemente técnicas de codificación como PCM y DM, y métodos de acceso como FDMA, TDMA y CDMA. El objetivo es proporcionar una introducción básica a estos temas fundamentales de las telecomunicaciones.

1. INSTITUCION UNIVERSITARIA DE
ENVIGADO
Tecnología en Gestión de Redes 2012-1
31/08/2012

2. RADIOCOMUNICACIONES
 Modulación
 Modulaciones analógicas
 Modulaciones digitales
 Codificación
 Duplexación
 FDM, TDM, CDM
 Técnicas de acceso al medio
 FDMA, TDMA, CDMA
 OFDM/OFDMA

3. Modulación
La modulación es una operación que consiste básicamente en hacer
variar, con arreglo a una ley determinada (otra señal por ejemplo), una
de las características de una onda (generalmente la amplitud, la
frecuencia, la fase o una combinación de éstas), de modo que las
modificaciones de la misma permitan a continuación, y en otro sitio,
identificar las señales moduladoras, y/o reconstruir la ley según la cual
se ha producido la modulación.
Para qué modular ???
• Para adaptar las señales al medio.
• Para multiplexar señales.
• Para optimizar consumo de recursos (espectro y potencia).
• Para reducir efectos del ruido y la interferencia.
• Para superar limitaciones de los equipos.
• Para simplificar componentes y facilitar su construcción (antenas,
transmisores y receptores.

4. Básicamente hay dos tipos de modulación según las características de
las señales utilizadas: Modulación analógica y Modulación digital.
Señal
Portadora Moduladora Nombre
Modulada
Analógica Analógica Analógica Analógica
Digital Analógica Digital De pulsos
Analógica Digital Analógica Digital
Digital Digital Digital Codificación

5. Tipo/Parámetro Analógicas Digitales Digitalización
AM-DSBFC
AM-SSBFC ASK
En amplitud AM-SSBSC SC-ASK PAM
AM-SSBRC xQAM
AM-ISB
AM-VSB
FSK
En frecuencia FM CP-FSK PWM
MSK PPM
GMSK
BPSK
D-PSK
En fase PM Q-PSK
xPSK
xQAM
PCM
Otros DPCM
DM

6. Modulación analógica:
(t) = A(t) cos ( 2fct + (t) )
Modulación Modulación angular
de amplitud
Aplicaciones:
Modulación de Modulación de
• Usos militares frecuencia fase
• Radioaficionados
Aplicaciones: Aplicaciones:
• Televisión
(crominancia) • Radiodifusión • Radiodifusión
• Radiodifusión • Comunicaciones • Ingeniería de sonido
móviles
• Video en TV
• Ingeniería de sonido
• Telemetría y
comunicaciones • Comunicaciones
móviles analógicas por
satélite
• Comunicaciones

7. Modulación digital:
La modulación digital se utiliza principalmente para adaptar
señales binarias al medio de transmisión. Las principales
modulaciones de este tipo son:
 ASK (Amplitude Shift Keying) → SC-ASK (Suppressed Carrier
ASK)
 FSK (Frquency Shift Keying) → MSK/CP-FSK (Minimum Shift
Keying)/(Continuous Phase FSK) y GMSK (Gaussian MSK)
 PSK (Phase Shift Keying) → BPSK, DPSK y xPSK
 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) → xQAM

8. amplit ud
t iem po
Entrada
cos w t  Fase y amplitud
c
Señal que ha de modular la Binaria
portadora
101 111 de salida de
amplit ud
Q I C 8QAM
t iem po
100 110 0 0 0 0,765V -135°
0 0 1 1,848V -135°
 sen w t  ASK (f recuencia y fase constantes)
sen w t
c c
0 1 0 0,765V -45°
amplit ud
0 1 1 1,848V po
t iem
-45°
000 010
1 0 0 0,765V +135°
FSK (am 1 0 1 1,848V +135°
plitud y f ase constantes)
1 1 0 0,765V +45°
amplit ud
001  cos w t  c
011
a b
1d 1 1 1,848V po
t iem +45°
c e
PSK (amplitud y f recuencia constantes)
Constelación para 8QAM
Los punt os a, b, c , d y e c orres ponden a un
c am bio de f as e de 180°

9. tasa _ de _ transmisió n(bps)  bits 
EficienciaEspectral  
mínimo _ ancho _ de _ banda( Hz )  ciclo 

Esquema de Ancho de banda fN Eficiencia espectral
Codificación
modulación (Hz) (bps/Hz)
FSK Bit sencillo  fb 1
BPSK Bit sencillo fb 1
QPSK/QAM Dibit fb/2 2
8-PSK Tribit fb/3 3
8-QAM Tribit fb/3 3
16-PSK Quadbit fb/4 4
16-QAM Quadbit fb/4 4

10. Probabilidad de error en modulaciones digitales:
No: Densidad espectral de potencia de
ruido
E: Energía de símbolo (E=nEb, donde
Eb es la energía de bit)
Eo: Energía de la señal con la máxima
amplitud
n: Número de bits por símbolo (n=Log2
M)

11. 
2
Es
 Es Es
Constelaciones para 
1
16PSK y 16QAM con
E=Eo=Es
 Es
Símbolo QAM Símbolo PSK Símbolos QAM y PSK

12. Modulación de pulsos (digitalización):
amplitud
tiempo
Señal que ha de modular la portadora
 PCM (Pulse Coded Modulation)
amplitud
tiempo
→ DPCM (Differential PCM) y
A-DPMC (Adaptative DPCM)
PAM (ancho y posición constantes)
 DM (Delta Modulation) → ADM
amplitud
tiempo
(Adaptative DM)
PWM (amplitud y posición constantes)
amplitud
tiempo
PP (ancho y amplitud constantes)
M

13. Codificación
La codificación es básicamente una “modulación” en la cual ambas
señales (portadora y moduladora) son digitales y se operan
siguiendo cierto “algoritmo”. Existen cinco dominios amplios para
la codificación, los cuales son:
 Codificación de voz
 Codificación para adaptación de señales al medio
 Codificación para compresión de datos
 Codificación para corrección y detección de errores
 Codificación para seguridad de la información

14. PCM (Pulse Coded Modulation) en codificación de voz:
Señal Señal limitada en
PCM
de voz banda Señal PAM PCM lineal
comprimido
300Hz ts,fs 00101101 0100110
CODEC
3,4KHz q n
Filtro Muestreador/Retenedor Cuantización y Compresor
pasabanda (Modulador PAM) codificación digital
Rx MEDIO DE TRNASMISIÓN Tx
PCM lineal Señal PAM Señal
de voz
00101101 300Hz
CODEC Retenedor
0100110
PCM n 3,4KHz
comprimido
Expansor Decodificación Filtro
digital y retención pasabanda
El muestreomuestreo se realiza a una f recuencia=8KHz, seKHz, en ubica cada
El se realiza a una frecuencia fs=8 ubica se
fs
muestra en uno de ylos son niveles de ycuantificación otrase codifica
uno de los q niv eles de cuantif icación se codif ica bits.
Las etapasTx Rx
na
q de adaptación al medio e incluy en y
con n bits.serie de procesos.
Las etapas Tx y Rx son de adaptación al medio e incluyen otra
serie de procesos.

15. Códigos de línea:
 Códigos Unipolar, Polar y Bipolar
 Código Manchester
 Código Duobinario
 Dicode, Bifase Space, Bipolar de Alta Densidad
 HDB3
 M-aria
 2B1Q, 3B2T, 4B3T

17. Espectro de potencia de
diferentes codificaciones

18. Dígitos de entrada
Dígitos codificados
Forma de onda
transmitida y(t)
Codificación HDB3
Codificación M-aria

19. Codificación para compresión de datos:
La codificación para comprimir datos (como la compansión digital
por ejemplo) se realiza con el fin de aprovechar la redundancia en
los datos, transmitir menos información y por lo tanto reducir los
requerimientos de ancho de banda y velocidad para la
transmisión.
La mayoría de las codificaciones realizadas con estos propósitos
se efectúan en niveles muy superiores al nivel físico y de enlace.
Algunos formatos de compresión muy conocidos son el MPG para
video, el JPG para imágenes, el MP3 para audio, el RAR para datos
en general, entre muchos otros.

20. Codificación para detección y corrección de errores:
Consiste en adicionar una cantidad determinada de bits a la
información transmitida de tal manera que una variación en ellos
refleje una alteración en los datos y pueda ser reconocido por el
receptor.
Detección de errores:
• Redundancia
• Codificación de cuenta exacta Usan ACks
ARQ
• Paridad y NACs
• Chequeo de redundancia vertical y horizontal
• Revisión de redundancia cíclica
Corrección de errores: • De bloque
• Sustitución de símbolos FEC
• Retransmisión •
• Seguimiento de corrección de error Convolucionale
s

21. Codificación para seguridad de la información:
Por lo general son llamados sistemas de encriptación o cifrado, los
cuales implementan algoritmos complejos para “convertir” la
información a un formato que solo pueda ser entendido
(desencriptado o descifrado) por un receptor que conozca tanto el
algoritmo utilizado como uno o dos parámetros adicionales
denominados keys o claves (passwords).
De
clave Utilizan los Cifrado • Síncronos
Algoritmos privada principios de de flujo •
criptográfico ocultación, Autosincronizante
s transposición y Cifrado de s
De bloque
sustitución
clave
pública
Ejemplos de estándares: RC4, DES, 3DES, PGP, AES, PKI, WEP,
MD5, Rijndael, CMEA, A1/A5 y A5/A2

22. El modelo de sistema de comunicaciones
m(t) Procesamiento n(t) Procesamiento m(t)
de señal de señal
Destino
Fuente
s(t) r(t)
Modulador
Medio Demodulador
de Tx
Transmisor Receptor
Este es un modelo simple de comunicaciones, pero en la mayoría de las
aplicaciones hay requerimientos y características particulares que hacen
que el modelo sea más complejo pues considera que:
1. Los sistemas deben permitir comunicación bidireccional.
2. El medio es compartido por múltiples usuarios.
Entonces de momento se dirá que los sistemas inalámbricos, en la mayoría
de los casos, tendrán que implementar técnicas y mecanismos para
hacerle frente a estos requerimientos.

23. Duplexación
Duplexación es la técnica para hacer que la comunicación sea full
duplex. Existen dos tipos de duplexación desarrolladas e
implementadas hasta el momento: Frequency Division Duplex (FDD)
y Time Division Duplex (TDD).
Normalmente en la práctica, una comunicación duplex o full duplex se
establece utilizando dos canales simplex, uno para cada dirección de
transmisión.
La duplexación es muy importante a la hora de considerar las
tecnologías a desplegar en un área determinada (un país por
ejemplo), porque determina el esquema de funcionamiento y la ruta
evolutiva hacia sistemas de mayores prestaciones en el futuro.

24. Frequency Division Duplex (FDD):

25. Time Division Duplex (TDD):

26. Code Division Duplex (CDD):
La idea con CDD es que el canal de subida (UpLink) y el de bajada
(DownLink) utilicen la misma frecuencia, al mismo tiempo, pero
utilizando codificaciones ortogonales de las señales con un “código
clave” diferente en cada dirección.
 Es una técnica basada en codificación.
 No tiene hasta el momento demasiadas implementaciones
comerciales debido a su complejidad junto con las técnicas
de acceso al medio.
 Una aplicación importante ha sido en algunos sistemas
satelitales modernos.

27. Técnicas de acceso al medio
Las técnicas de acceso al medio comprenden ciertos esquemas que se
han propuesto e implementado para asignar los recursos de la red a
los usuarios de la misma; específicamente, determinan la manera
como los usuarios acceden al medio de transmisión para utilizarlo.
 Se definen para el subnivel MAC de la capa de Enlace en el
modelo OSI.
 Su implementación es física.
 Implican “únicamente” a la interfaz de radio del sistema.
 Están relacionadas con la capacidad, calidad, eficiencia,
seguridad, confiabilidad, disponibilidad, velocidad de
transmisión, flexibilidad y compatibilidad/interoperabilidad
del sistema particular.

28.  Cada usuario en una frecuencia diferente
 Un canal es una frecuencia
 Ejemplos: AMPS, TACS, TD-SCDMA
 Cada usuario en un periodo de tiempo (TS - Time Slot)
 Un canal es una frecuencia específica usada durante un periodo específico
 Ejemplos: IS-136, PDC, GSM, EDGE, TD-SCDMA
 Cada usuario usa la misma frecuencia todo el tiempo pero su patrón de
código cambia constantemente
 Un canal es un patrón de código único
 Ejemplos: IS-95, WLAN, CDMA2000, WCDMA, BlueTooth, TD-SCDMA
 Cada usuario usa un subconjunto de subportadoras de frecuencia y se
usa multiplexación en el tiempo sobre cada una de ellas
OFDMA
 Un canal de tráfico es un subconjunto de subportadoras usado durante
un periodo específico
 Examples: Mobile WiMAX, LTE, UMB

29. Frequency Division Multiple Access (FDMA):
En FDMA, la banda asignada se subdivide en bandas mas pequeñas
(canales) que son asignados a cada usuario para la comunicación. La
modulación empleada es típicamente FM.
 El sistema es analógico.
 El “factor de reutilización” puede ser de 0,25 o 0,1428; es
decir, 4 y 7 celdas por cluster respectivamente.
 Predominante durante la primera generación de sistemas
celulares.
 Su base técnica es FDM (Frequency Division Multiplex).

30. Ancho de banda
asignado
Canales para Canales para
Uplink Downlink
Ch1 Ch4 Ch6
Voz Modulación con fch6 ... ...
f
Usuario 2
Voz Modulación con fch4
Voz Modulación con fch1
Usuario 1
Usuario 3

31. Ventajas de FDMA:
• Es simple y de fácil implementación.
• Económico en la fabricación de componentes.
• Las técnicas empleadas inciden “indirectamente” pero de forma
favorable en el cubrimiento del sistema.
Desventajas de FDMA:
• Baja capacidad y dificultad a escalar el sistema en este aspecto.
• Limitaciones de espectro.
• Es pobre en las comunicaciones de datos.
• La privacidad es mínima.
• El fraude (clonación) es muy simple de realizar.
• Tiene poca inmunidad frente a casi todos los fenómenos nocivos
presentes en la propagación.

32. Time Division Multiple Access (TDMA):
En TDMA, la banda asignada se subdivide en bandas mas pequeñas –
igual que en FDMA – pero cada sub-banda es asignada a cada usuario
solo durante cierto periodo de forma cíclica durante la comunicación.
La modulación empleada es típicamente FM/GMSK.
 El sistema es por definición digital.
 El “factor de reutilización” puede ser de 0,25 o 0,1428; es
decir, 4 y 7 celdas por cluster respectivamente.
 Predominante durante la segunda generación de sistemas
celulares.
 Su base técnica es TDM (Time Division Multiplex).

33. Ancho de banda
asignado
Canales para Canales para
Uplink Downlink
Ch1 Ch6
... ...
f
Longitud de la
Voz Modulación con fch1 trama
Longitud de la
trama
TS1 TS4
TS4
...
... t
Usuario 3 t
Voz Modulación con fch6
Voz Modulación con fch1
Usuario 2
Usuario 1

34. Ventajas de TDMA:
• Capacidad 3 a 6 veces mayor que la de TDMA.
• Permite jerarquización de celdas.
• Mejor desempeño en comunicaciones de datos.
• Mayor seguridad debido a la digitalización.
• Mayor inmunidad al ruido.
• Mejora el rendimiento de las baterías en los terminales.
• Facilita la prestación de nuevos servicios.
• Es bastante efectivo en cuanto a costos.
Desventajas de TDMA:
• La capacidad aun no es considerable.
• Limitaciones de espectro.
• La asignación de time slots es generalmente rígida.
• Muy vulnerable al fenómeno de multitrayectoria.
• Su evolución hacia esquemas avanzados de acceso es muy compleja y
costosa.
• Requiere sincronización.

35. Code Division Multiple Access (CDMA):
En CDMA, la banda asignada se subdivide en bandas de anchura
considerable que son asignadas a cada usuario para la comunicación,
pero cada usuario codifica dicha comunicación con códigos (PN y
Walsh) diferentes y ortogonales entre sí (canales). La modulación
empleada es típicamente PM/xPSK.
 Es un sistema completamente digital.
 El “factor de reutilización” es de 1 !!!.
 Predominante para la tercera generación de sistemas
celulares.
 Su base técnica es CDM (Code Division Multiplex).

36. Las técnicas de espectro ensanchado:
Las técnicas de Spread Spectrum (SS) fueron desarrolladas para
optimizar la utilización del espectro en los sistemas inalámbricos.
La idea básica es lograr – mediante ciertas operaciones y procesamiento
de las señales – que la información que se va a transmitir ocupe un
ancho de banda considerablemente mayor al que realmente necesita
para ser radiada.
Hay básicamente dos tipos de técnicas SS:
• DS-SS (Direct Sequence – Spread Spectrum)
• FH-SS (Frequency Hopping – Spread Spectrum)

37. DS-SS: Mezclador
Fuente de datos a Señal ensanchada a 1,2288 Mcps
19,2 Kbps Aplicada al transmisor
Secuencia PN a
(Mcps = MegaChips por segundo)
1,2288 Mcps
FH-SS:
b. Espectro ensanchado por saltos b. Espectro ensanchado por
en frecuencia secuencia directa

39. Ventajas de CDMA:
• Capacidad muy superior a la de los sistemas FDMA y TDMA.
• Factor de reutilización igual a 1.
• Desempeño optimizado en comunicaciones de datos.
• Seguridad innata en el sistema debido a la codificación.
• Buena inmunidad al ruido y al fenómeno de multitrayectoria.
• Mejora considerable en rendimiento de las baterías en los terminales.
• Facilita la prestación de nuevos servicios.
• Fácil migración hacia esquemas avanzados.
Desventajas de CDMA:
• Intensivo en procesamiento de señal.
• Esquemas complejos para el control de potencia.
• Cell brithing presente.
• Cubrimiento relativamente menor que en TDMA.
• Electrónica compleja y costosa.
• Evolución relativamente lenta.
• Tecnología muy costosa.

40. Orthogonal Frquency Division Multiple Access (OFDMA):
En OFDMA, la banda asignada se subdivide en bandas muy angostas
que son asignadas dinámicamente a los usuarios para en envío de
información. La modulación empleada es típicamente PM/xPSK o
AM/QAM.
 Al igual que CDMA tiene muy fuerte fundamentación
matemática; no obstante, el sistema final es relativamente
simple y no es tan intensivo en procesamiento de señal.
 Las implementaciones más notables son en sistemas DAB y
DVB, en algunas de las tecnologías xDSL y en parte del
estándar 802.11. Otras son aplicaciones en WiMAX y otras
tecnologías, incluyendo las celulares B3G y 4G.
 Su base técnica es OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplex).

41. Qué es OFDM?:
Es una técnica de multiplexación y acceso al medio que utiliza
básicamente FDM para asignación del espectro.
En OFDM, las señales de información de múltiples fuentes son
combinadas para formar un solo flujo de datos multiplexado creado a
partir de un denso paquete de subportadoras de reducido ancho de
banda (típicamente de 100 a 8000 subportadoras); lo que quiere decir
que se necesita tanto sincronización como coordinación para el
funcionamiento de todo el sistema.
Todas las subportadoras se traslapan en el dominio de la frecuencia (se
interfieren mutuamente) pero no causan un destructivo nivel de
Interferencia Inter-Portadora (Inter-Carrier Interferente, ICI) debido a
que la modulación tiene una naturaleza de ortogonalidad en frecuencia.

42. 1 20
(1a) 0 (1b) 10
-1 0
El conjunto de señales Si(t) son
1 20 ortogonales unas con otras si se
(2a) 0 (2b) 10
cumplen las condiciones impuestas
-1 0
por la Ecuación 1. Si cualquier par
1 20
de diferentes funciones del
(3a)
conjunto son multiplicadas e
0 (3b) 10
integradas en el periodo de un
-1 0
1
símbolo, el resultado es cero.
20
(4a) 0 (4b) 10
T
C i  j
-1
2
0
20
 Si (t )S j (t )dt   0 i  j
o 
(5a) 0 (5b) 10
donde:
-2 0
- C: número real
donde:
Portadora (2kf0t ) 0  t  T Portadora en frecuencia
sen k  1,2,...M
5 10 15 20 25 30 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Sk (t ) (tomando 32en tiempo - -T: periodo del símbolo portadora
fo: espaciamiento de
muestras)
 0 en _ otro _ caso de 32 puntos)
(usando FFT
- M: número de portadoras

44. Lo bueno de OFDM:
 Disminución de los efectos nocivos a la señal por multitrayectoria, lo que a su vez
reduce la ISI y facilita la sincronización.
 En un futuro, las tasas de datos obtenidas con OFDM podrían resultar imposibles
de alcanzar con sistemas de portadora única.
 Alta tolerancia a otros efectos de propagación como la atenuación Doppler, el
peak power clippling y el ruido gaussiano.
 Ofrece mayor capacidad en cuanto a número de usuarios posibles en una celda
individual.
 La característica “rectangular” del espectro de señal OFDM facilita la prevención
de interferencia con sistemas OFDM vecinos.
 Aunque actualmente hay esquemas CDMA avanzados que ofrecen prestaciones
muy superiores, OFDM ofrece una enorme simplicidad comparativamente
hablando, además de que su desempeño empieza a incrementarse a un ritmo
exponencial en el tiempo.

45. Lo malo de OFDM:
 Aunque los adelantos que han permitido proponer a OFDM como tecnología
candidata para la 4G son significativos, aun existen problemas relacionados con el
costo de los componentes.
 Todavía existe cierta inseguridad por parte del mercado (fabricantes y operadores)
sobre la viabilidad de implementación de OFDM en sistemas celulares.
 Los organismos de estandarización y normalización a nivel mundial han
especificado poco hasta el momento.
 Las tecnologías actualmente establecidas también siguen una evolución
acelerada, que comparativamente podrían causar una subestimación de OFDM por
parte del sector.
 Hay una necesidad muy marcada de proteger las inversiones hechas para 3G, por
lo que un sistema OFDM de 4G deberá satisfacer dicha necesidad para que
comercialmente sea aceptado.

46. N2 subportadoras
durante Tf
N1 subportadoras
durante Tf
N3 subportadoras
durante Tf